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Leuchtende Wasserblasen geben ihr Geheimnis preis

Starke Schallwellen oder Laserstrahlen können in Wasser kleine Blasen erzeugen, die sich beim Zerfall auf mehrere Tausend Grad Celsius aufheizen und hell aufleuchten. Physiker der Universität von Kalifornien ist es gelungen, die Entstehung und Lichtemission dieser Blasen genau zu analysieren. Sie berichten über ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Physical Review Letters.

Die Forscher um Gary Williams erzeugten mit Hilfe eines intensiven Laserpulses in einem Wassertank einzelne Blasen mit bis zu einem Millimeter Durchmesser. Die Blasen dehnen sich zunächst aus, um dann extrem schnell zu kollabieren. Beim Kollaps senden sie einen Lichtblitz aus, der charakteristische Emissionslinien von organischen Molekülen wie der Sauerstoff-Wasserstoff Verbindung OH enthält. Im Augenblick der Lichtaussendung haben die Blasen eine Temperatur von ungefähr 8000 Grad Celsius. Sie sind damit bis zu 2000 Grad Celsius heißer als die Sonnenoberfläche. Die genaue Analyse dieses Phänomens könnte wichtige Hinweise für das Verhalten von Flüssigkeiten unter extremen Bedingungen liefern.

Das Phänomen der leuchtenden Bläschen (Sonolumineszenz) wurde erstmals 1934 entdeckt. Damals wurden die Blasen durch Schallwellen erzeugt und waren dadurch viel kleiner als durch einen Laser erzeugte. Auch wurde in ihrem Spektrum die OH-Emissionslinie nicht gefunden. Experimente in späteren Jahrzehnten lieferten jedoch Spektren mit genau dieser Linie, was zu zahlreichen Spekulationen über ihre Ursache führte. Das Forscherteam aus Los Angeles erklärt die unterschiedliche Spektren nun mit der Größe der Blasen ? nur millimetergroße Blasen weisen die OH-Linie in ihrem Spektrum auf.

Der Grund für das Aufleuchten der Blasen und die damit verbundene hohe Temperatur liegt in ihrem schnellen Kollaps. Dabei wird das in ihnen eingeschlossene Gas so stark komprimiert, dass es zu einem Plasma ionisiert wird. Es besteht dann aus ionisierten Gasatomen und einzelnen Elektronen. Bei diesem Vorgang findet die Lichtaussendung statt. Allerdings konnte bisher noch nicht eindeutig geklärt werden, wieso in dem Spektrum der Lichtaussendung bei großen Blasen eine Emissionslinie des OH-Moleküls auftritt.

Stefan Maier
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