Väterchen Frost unter Strom

News: Väterchen Frost unter Strom

Mit welcher Präzision Eiskristalle ihre komplizierten Muster bilden, hat Wissenschaftlern seit Jahrzehnten Rätsel aufgegeben. Jetzt sind sie über etwas gestolpert, das einen wichtigen Hinweis liefern könnte: Ein Funken Elektrizität bringt junge Kristalle dazu, zehnmal schneller zu wachsen als normalerweise. Durch diese Beobachtung könnten Physikern den komplizierten Vorgang des Kristallwachstums besser verstehen.

In einfachen Fällen entwickelt ein Eiskristall seine vielen Verzeigungen weil Wassermoleküle in Richtung auf die gefrorenen Kristallspitzen diffundieren. Der Physiker Kenneth Libbrecht vom California Institute of Technology fragte sich, was passieren würde, wenn er in die Gleichungen, mit denen diese Diffusion beschrieben werden kann, eine zusätzliche Komponente – wie etwa Elektrizität – einfügen würde.

Die theoretischen Voraussagen wiesen auf interessante Reaktionen hin. Also bauten Libbrecht und seine Assistentin Victoria Tanusheva eine entprechende Versuchsapparatur, um zu beobachten, wie Eiskristalle wachsen, wenn sie durch einen Stromstoß angespornt werden. Als sie die Spannung erhöhten, wuchsen die Kristalle allmählich immer schneller in sämtliche Richtungen. Nachdem sie eine bestimmten Schwelle überschritten hatten, wuchs jedoch plötzlich ein einzelner nadelförmiger Zweig (Physical Review Letters vom 6. Juli 1998).

Nach Libbrecht findet die Beschleunigung bei niedrigen Spannungen statt, weil die Elektrizität mehr Wassermoleküle dazu bringt, in Richtung der Spitze zu wandern. Die Oberflächenspannung an der Spitze des Kristalls verhindert jedoch ungezügeltes Wachstum. Jenseits einer bestimmten Schwelle überwältigen die hohen Spannungen die Oberflächenspannung und erlauben dem Kristall praktisch ungehindertes Wachstum.