Experimente unter Hochdruck untersuchen materielle Veränderungen, die im größten Teil des Universums nicht zu finden sind.

Experimente unter Hochdruck untersuchen materielle Veränderungen, die im größten Teil des Universums nicht zu finden sind. Am Carnegie Institute for Science wurde beobachtet, dass die zwischen zwei Diamanten eingeschlossenen Materialien einen Prozess durchlaufen, der an Alchemie erinnert. Eisen wird jedoch nicht zu Gold. Aber vertraute Atome und Moleküle verhalten sich anders. Sauerstoff wird blau, dann rot und schließlich zu einem glänzenden Metall. Aus Erdnussbutter wird Diamant, wie General Motors in den 1950er-Jahren in einer wegweisenden Studie demonstrierte. Ebenso Dachneigung und Holz. Aber Russell J. Hemley und seine Kollegen tun dies nicht durch Zauberei.

Das Interesse an der Hochdruckwissenschaft im Geophysical Laboratory der Carnegie Institution entstand aus der Mission des Labors, die Tiefen der Erde zu untersuchen. Derzeit untersuchen Wissenschaftler Transformationen unter Hochdruck und untersuchen materielle Veränderungen, die im größten Teil des Universums nicht zu finden sind; Er versucht zu beleuchten, was tief im Inneren der Erde oder des Jupiters vor sich geht. Und sie hoffen, dass diese Experimente neue Materialien enthüllen, die Sonnenlicht effizienter in stromerzeugenden Solarzellen einfangen oder als Kraftstofftanks in wasserstoffbetriebenen Autos dienen können. „Das ist eine neue Art von Chemie“, sagt Hemley. Sicher ist, dass der Begriff „Hochdruck“ unter diesen Umständen eine neue Bedeutung bekommt. Der Luftdruck auf Meereshöhe beträgt etwa ein Kilo pro Quadratzentimeter. In Diamantambossen der Carnegie Institution wird ein Druck von über 3,5 Millionen Pfund pro Quadratzentimeter ausgeübt.

Außerdem haben Forscher in Deutschland Methoden entwickelt, die das verdoppeln. In einigen Teilen des Universums gibt es jedoch noch überwältigendere Kräfte. Der Druck im Zentrum des Jupiter beträgt mehr als 70 Millionen Kilogramm pro Zentimeter. Es gibt auch Neutronensterne, die Überbleibsel von Sonnen, denen der Treibstoff ausgegangen ist, deren Atome, die durch ihre Anziehungskraft so dicht beieinander liegen, einen Druck erzeugen, der milliardenfach größer ist als der im Kern des Jupiters. Die Ambosse, die in Carnegie und anderen Labors verwendet werden, sehen einfach aus. Obwohl ihre Designs variieren, sind sie in zylindrischen Metallgehäusen untergebracht, die 5 cm x 2,5 cm messen. Um Druck auszuüben, ziehen die Wissenschaftler die oberen Schrauben fest und bringen die untere und obere Platte näher zusammen. Wenn sich die Platten biegen, kommen die Spitzen der beiden kleinen Diamanten näher zusammen. Ein Ende hat einen Schlitz, der das zu komprimierende Material hält, und das andere Ende drückt genau dort, wie ein dünner Absatz ein Insekt zerquetscht. Auch wenn die Schrauben nur wenige Kilo Kraft ausüben, entwickeln sie sich zu einem enormen Druck, weil die Diamantbits winzig sind. Wir können dies damit vergleichen, hundert Elefanten auf der Spitze eines Stiftes zu reiten; Wenn es nur einen Pferch gäbe, auf dem so viele Elefanten reiten könnten. Daher sollten Diamanten nicht einmal einen kleinen Riss oder Fehler aufweisen. Bei vernünftigem Druck reihen sich die Atome sauber wie Kanonenkugeln aneinander. Deshalb erwarteten die Wissenschaftler, dass sie sich in Experimenten wieder so aufstellen würden. Später stellte sich jedoch heraus, dass die Atome zwar nicht kleiner werden, die Atome aber nicht in einer regelmäßigen Reihe stehen. Zum Beispiel geht Natrium in eine komplexe Ordnung über.

Stickstoff zirkuliert normalerweise paarweise wie Hanteln und nimmt die Form eines verdrehten Käfigs an. Wenn sich die Atome näher kommen, springen die Elektronen in verschiedene Richtungen und geben den Molekülen, in denen sie sich befinden, unterschiedliche Formen. DR. In Hemleys Worten: „In gewisser Weise entsteht ein neues Periodensystem“. Auch Edelgase wie Xenon, die selten mit anderen Atomen wechselwirken, vermischen sich mit Wasserstoff zu neuen Strukturen. Malcolm McMahon von der University of Edinburgh in Schottland interessiert sich für roten Sauerstoff. Sein Team erhielt einen einzelnen rubinfarbenen Sauerstoffkristall in einem Amboss. Sauerstoffatome, die normalerweise paarweise aneinander gebunden sind, bilden Oktalcluster. Diese Struktur absorbiert die kürzeren blauen Wellenlängen des Lichts. Die restlichen Wellenlängen (rot) passierten es. Unter noch stärkerem Druck verwandelt sich der Sauerstoff in Metall. Aber das vielleicht größte Rätsel ist das einfachste und am häufigsten vorkommende Wasserstoffatom.

Unter sehr hohem Druck im Zentrum des Jupiter verwandelt sich Wasserstoff in ein flüssiges Metall; Es wird angenommen, dass das Magnetfeld auf dem Planeten durch die Aktivität dort verursacht wird. Aber die Ergebnisse im Labor lassen daran Zweifel aufkommen. Die Juno-Raumsonde der NASA, die zum Jupiter fliegt, könnte mit ihren Messungen möglicherweise die Tiefen dieses Planeten erhellen. Seine Daten und Laborexperimente können sich gegenseitig erklären. „Wir wollen das Langzeitverhalten von Wasserstoff unter allen Bedingungen verstehen“, sagt Hemley.

 

Quelle: Morgen

Günceleme: 30/12/2013 22:53