Warum es blitzt im Glas

News: Warum es blitzt im Glas

Es ist ein recht einfaches Experiment mit einem überschaubaren System: Beschallt man Luftblasen in Wasser mit Ultraschall, senden sie erstaunlicherweise kurze Lichtblitze aus. Bisher vermochte niemand diesen als Sonolumineszenz bezeichneten Effekt zu erklären. Einem neuen Modell zufolge arbeiten mehrere Atome zusammen, wenn sie das Licht abstrahlen.

Sanjay Khare von der Ohio State University ist von der Sonolumineszenz fasziniert: "Wir reden hier über die physikalischen Bedingungen in einer völlig normalen Blase im Wasser, und dennoch verstehen wir dieses Phänomen nicht ganz." Zusammen mit Pritiraj Mohanty von der University of Maryland, College Park, hat er vielleicht einen Hinweis auf die atomaren Abläufe bei der Sonolumineszenz gefunden (Physical Review Letters vom 5.1.1998, Abstract).

Die Forscher gingen von der bekannten Tatsache aus, daß die vom Ultraschall angeregten Luftblasen das Licht in kurzen Blitzen von nur wenigen zehn Pikosekunden (billionstel Sekunden) ausstrahlen. "Wir wußten, daß jedes einzelne Gasatom in der Blase für sich alleine viel länger benötigen würde, um die Energie als Licht zu emittieren", erläuterte Khare. "Und wir wußten, daß viele Atome, die ihre Energie zusammen abgeben, das manchmal schneller machen." So ersannen sie eine Hypothese, nach der viele Atome innerhalb der Blase zugleich ihre Energie abstrahlen, wodurch die Lichtwellen sozusagen im Gleichschritt und mit der gleichen Frequenz auftreten. Damit wäre die kurze Dauer der Lichtblitze erklärt.

In ihrer Veröffentlichung äußerten die Physiker zudem die Vermutung, daß die Art des Gases in der Blase die Reaktion beeinflussen würde. Sie verweisen zur Stützung dieser Annahme auf frühere Untersuchungen, in denen geringe Spuren bestimmter Gase zu intensiveren Lichtblitzen geführt haben.

Sollte das Modell von Khare und Mohanty zutreffen, dann wäre ein Rätsel der Physik gelöst, das seit Entdeckung der Sonolumineszenz im Jahre 1934 ohne befriedigende Lösung blieb.

Eventuell werden der Theorie auch praktische Anwendungen folgen. Die Gase in der Blase werden während der Sonolumineszenz auf rund 10 000 Grad Celsius erhitzt, was fast doppelt so viel ist wie die Oberflächentemperatur der Sonne. Sonochemiker glauben, mit der Wärmeenergie Atome zu neuen Materialien reagieren lassen zu können. Und vielleicht stellt die Sonolumineszenz sogar eine geeignete Lichtquelle für ultrakurze Lichtblitze dar, mit denen sehr schnelle physikalische Prozesse, wie zum Beispiel die Anregung von Atomen, untersucht werden können.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 3.3.1998
"Noch kein Lichtblick bei der Sonolumineszenz"
Spektrum Ticker vom 2.2.1998
"Schall und Hitze"
Spektrum der Wissenschaft 4/95, Seite 50
"Sonolumineszenz"

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