Untersuchung exotischer Zustände in stark unterkühltem flüssigem Wasserstoff


Temperaturabnahme eines flüssigen Wasserstoff-Filaments bei der Expansion durch eine 5µm-Düse in Vakuum

Ein flüssiger Strahl, der in Vakuum expandiert, kühlt aufgrund der Verdampfung „heißer“ Teilchen sehr schnell ab und kann dabei für kurze Zeit (auf der Skala von Mikrosekunden) eine innere Temperatur weit unterhalb des Gefrierpunktes erreichen, ohne dass ein Phasenübergang in den kristallinen Zustand auftritt. Man spricht hier von einer stark unterkühlten Flüssigkeit. In Zusammenhang mit diesem Effekt von besonderem Interesse ist flüssiger Wasserstoff (H₂), da dessen Gefrierpunkt mit 14 K (-259 °C) in einem Temperaturbereich liegt, bei dem Quanten-Effekte eine entscheidende Rolle spielen. Ein stark unterkühlter flüssiger Wasserstoff-Strahl stellt somit ein einmaliges System dar, in dem exotische Zustände wie eine mögliche Glasphase bei extrem tiefen Temperaturen oder gar Suprafluidität - vor über 30 Jahren theoretisch vorhergesagt aber noch nicht nachgewiesen - zum ersten Mal mittels spektroskopischer Methoden untersucht werden können.

Ein Teil der Experimente hierzu findet im Rahmen einer Kollaboration mit der Raman-Spektroskopie Gruppe von Prof. Montero am CSIC in Madrid statt.