Lautes Licht

News: Lautes Licht

Es ist schon ungewöhnlich genug, dass es allein durch ein starkes Ultraschallfeld gelingt, Wasser zum Leuchten zu bringen. Wo doch die Energie des Schallfeldes deutlich unter der ausgesendeter Photonen liegt. Da präsentieren Forscher nun Versuchsergebnisse, bei denen sich durch Laserpulse kleine Blasen bilden, die heißer als die Sonnenoberfläche sind und durch deren Kollaps eine bislang bei einzelnen Bläschen vergeblich gesuchte Emissionslinie entsteht. Damit konnten die Wissenschaftler auch einige bislang verwirrende Resultate älterer Experimente mit Schall klären und ein geläufiges Modell zur Sonolumineszenz stärken.

Thorsten Krome

Physiker sahen den Effekt der Sonolumineszenz erstmals 1934. Damals beobachteten zwei Forscher an der Universität zu Köln mehr zufällig, wie sich Photoplatten in einem stark beschallten Wasserbad schwärzten. Es hatte dann über ein halbes Jahrhundert gedauert, bis die Entdeckung der Einzelblasen-Sonolumineszenz etwas mehr Aufschluss über das eigenartige Phänomen erbrachte.

Felipe Gaitan gelang es damals mittels eines präzise ausgerichteten Schallfeldes, eine einzelne, schallgetriebene Luftblase im Zentrum eines wassergefüllten Tanks zu erzeugen. Er beobachtete, wie die Schallwellen die Blase wachsen ließen, bis diese schließlich kollabierte und dabei einen Lichtblitz emittierte.

Viele Forscher vermuteten seitdem, dass der Kollaps das Gas im Inneren der Blase so stark aufheizen würde, dass dort ein glühendes Plasma entsteht. Als sie aber das Spektrum der Einzelblase untersuchten, stellten sie fest, dass eine Emissionslinie fehlte, die im Falle mehrerer Blasen auftrat. Da sich die Emissionslinie, die man dem OH-Molekül zuschreibt, bei der Einzelblase nicht finden ließ, ging man nun zunächst davon aus, dass Einzel- und Viel-Blasen-Sonolumiszenz zwei ganz unterschiedliche Prozesse sind.

Dem ist nun offenbar nicht so. Zumindest vermuten das Gary Williams und seine Kollegen von der University of California in Los Angeles. Die Forscher führten ein Experiment durch, bei dem sie einen starken Laser anstelle von Schallwellen benutzten, um eine Blase im Wasser zu erzeugen. Durch Erhöhen der Laserleistung ließen sie die Blase auf Millimetergröße anwachsen – viel größer als alles, was bisher erreicht wurde.

Wie bei den Experimenten mit Schall so implodierte die Blase auch bei dem neuen Versuch unter Aussendung von Licht. Jedoch fanden die Forscher nun in dessen Spektrum auch tatsächlich die OH-Emissionslinie, die bei der Vielblasen-Sonolumineszenz zu beobachten ist. Williams und sein Team schlossen daraus, dass sich die Prozesse zwischen einer einzelnen und vielen Blasen nicht grundsätzlich unterscheiden. Offenbar ist es nur so, dass bei Vielblasen-Systemen auch mehr größere auftreten, welche anscheinend verantwortlich für die charakteristische Linie sind.

Weiterhin unterstützt die Arbeit der Amerikaner die geläufige Theorie, nach der das heiße Plasma im Inneren der Blase die Lichterscheinung hervorruft. Die Forscher verglichen dazu ihr gemessenes Spektrum mit dem eines so genannten Schwarzen Strahlers. Dabei handelt es sich um einen Körper, der – unabhängig von Einfallsrichtung und Polarisation – die gesamte auftreffende Energie der elektromagnetischen Strahlung absorbiert. Seine Eigenschaften sind materialunabhängig und lediglich durch die Temperatur definiert. Demnach müsste das Plasma im Inneren der Blasen eine Temperatur von rund 8000 Kelvin besitzen – die Oberfläche der Sonne ist im Vergleich dazu ungefähr 6000 Kelvin heiß.

Wenngleich es nun gelungen ist, die lange gesuchte OH-Linie zu messen, so ist bislang doch unklar, was sie eigentlich genau hervorruft. Williams vermutet, dass Unregelmäßigkeiten während des Kollaps für die Emission verantwortlich sind. Allerdings räumt er auch ein, dass an dieser Stelle noch einige Forschungsarbeit geleistet werden müsse.