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Uni-JournalJena04/14
Forschung
Einsteins Formel in neuem Licht
Wie sich die effektive Masse von Elementarteilchen simulieren lässt
Einsteins berühmte Formel E=mc
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be-
schreibt den Zusammenhang von Ener-
gie und Masse: Je massereicher ein
Objekt oderTeilchen und je schneller es
sich bewegt, umso größer seine Ener-
gie. „Anders als die Geschwindigkeit
ist dabei dieMasse eines Körpers eine
feststehende Größe, zumindest unse-
rer Alltagserfahrung nach“, macht Prof.
Dr. Holger Gies deutlich. Dennoch, so
der theoretische Physiker weiter, habe
sich indermodernenPhysikdasKonzept
einer„effektiven“Masse für Elementar-
teilchen durchgesetzt. Demnach kann
sich die Masse eines Teilchens durch
Wechselwirkung mit seiner Umgebung
effektiv verändern.
Um diese effektiveMasse„dingfest“
zumachen,musssieallerdingsmit einer
Messgröße verknüpft werden können.
EinTeamumProf.Giesund theoretische
Physiker derUni Graz habendafür einen
Effekt studiert, der besonders empfind-
lich von der Masse abhängt: den spon-
tanen Zerfall des Vakuums. In einem
extrem starken elektrischen Feld, etwa
erzeugt durch einen Hochintensitätsla-
ser, kommees zueinem spontanenZer-
fall des Vakuums in Paare von Materie
undAntimaterie, so das Forscherteam.
Im renommierten Fachblatt „Physical
Review Letters“ konnten die Physiker
jüngst mit Hilfe von Computersimu-
lationen zeigen, wie sich Elektronen
und Positronen mit unterschiedlichen
„effektiven“ Massen erzeugen lassen
„Zwar sind heutige Laser noch nicht in
der Lage, einsolchesExperiment durch-
zuführen, jedoch können wir diesen
Prozess präzise in Computer-Clustern
simulieren“, sagt der Grazer Doktorand
ChristianKohlfürst.
In der Simulation des Vakuumzerfalls
ist Einsteins berühmte Formel E=mc
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amWerk: Denn die Energie des elek-
trischen Feldes wird in die Masse der
entstehendenTeilchenumgewandelt. Je
stärker das simulierte elektrische Feld
ist, desto schwerer sind die Zwillings-
Paare ausMaterie und Antimaterie, die
das zerfallendeVakuum hervorbringt.
NunhoffendieForscher aus Jenaund
Graz darauf, dass ihre Simulationen in
künftigen Laserexperimenten bestätigt
werden.
US
Kontakt:
Prof.Dr.HolgerGies
Tel.:03641/947190
Röntgenblick in große Gasplaneten
Physiker untersuchen flüssigenWasserstoff in Superzeitlupe
Mit demRöntgenlaser FLASHdesDeut-
schen Elektronen-Synchrotrons DESY
habenJenaerPhysiker tief indieunteren
Atmosphärenschichten großer Gaspla-
netenwieJupiter oder Saturngespäht –
wenn auchnur ineinemModellversuch.
Die Beobachtung desTeams umDr. Ulf
Zastrau zeigt in einer Art Superzeitlupe,
wie flüssigerWas-
serstoff zuPlasma
wird, und kann
damit Aufschluss
über dessenWär-
meleitfähigkeit
und inneren Ener-
gieaustausch ge-
ben, was für Pla-
netenmodelle von
großer Bedeutung
ist. Die Wissen-
schaftler haben
ihre Versuche
kürzlich im Fach-
magazin „Physi-
cal Review Let-
ters“ vorgestellt
DieAtmosphäre vonGasplaneten be-
steht zum großenTeil ausWasserstoff.
„Bislang weiß man aber experimen-
tell kaum etwas über denWasserstoff
im Inneren solcher Planeten“, sagt Ulf
Zastrau. Für ihre Untersuchungen ha-
ben die Forscher kalten, flüssigenWas-
serstoff als „Probe“ der Planetenatmo-
sphäre benutzt. „FlüssigerWasserstoff
hat eine Dichte, wie sie den unteren
Atmosphärenschichten großer Gaspla-
neten entspricht“, erläutert der Physiker
vom Institut fürOptik undQuantenelek-
tronik. Mit DESYs Röntgenlaser FLASH
habendieWissenschaftler den flüssigen
Wasserstoff auf einenSchlagvonminus
253 °C auf rund 12000 °C erhitzt und
gleichzeitigden zeitlichenVerlauf dieses
Prozesses beobachtet.
Diese Untersuchungen geben Auf-
schluss über die Eigenschaften des
Wasserstoffs. Zudem zeige die Studie,
wie sich dichte Plasmen mit Röntgen-
lasern untersuchen lassen, so Zastrau.
DieseMethode öffne denWeg für wei-
tereUntersuchungen, etwaandichteren
Plasmen schwererer Elemente und Ge-
mische,wiesie im InnerenvonPlaneten
vorkommen. Davon erhoffeman sich u.
a. Antwort auf dieFrage,warumdiebis-
her außerhalb unseres Sonnensystems
entdecktenPlanetennicht in allendenk-
barenKombinationenvonEigenschaften
wie Alter, Masse, Größe oder Element-
zusammensetzung auftreten, sondern
bestimmten Gruppen zugeordnet wer-
den können.
PM
Dr.UlfZastrausEr
kenntnissegeben
EinblickinsInnere
vonJupiterundCo.
Kontakt:
Tel.:03641/947610
Prof.Dr.HolgerGiesundKollegenderUni
GrazhabeninComputersimulationenEle-
mentarteilchenmitunterschiedlichereffekti-
verMasseerzeugt.
Foto:Günther
Foto:Burkert
