Physik-Studenten aus Braunschweig wollen die Brownsche Rotation mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufspüren

Dem Geheimnis der Brownschen Rotation wollen Studierende der Technischen Universität Braunschweig auf die Schliche kommen. Albert Einstein hat 1905 das Phänomen der „Brownschen Bewegung“ beschrieben, das auch für Rotationen gelten muss. Er erkannte, dass kleine Partikel, wie zum Beispiel Staubkörner, in Gasen zuckende Bewegungen vollziehen. Von allen Seiten stoßen nämlich die Moleküle der umgebenden Gase an die zwar größeren, aber ausschließlich unter dem Mikroskop sichtbaren Teilchen. Bislang ist diese „zappelnde“ Rotation nur unzureichend erforscht und noch nicht im Experiment beobachtet worden. Jetzt wollen die vier angehenden Physiker die Bewegung filmisch dokumentieren.

In der Zeit vom 20. bis zum 29. Juni 2005 führen sie zu diesem Zweck im Fallturm Bremen fünfzehn Abwürfe durch. Neben dem grundsätzlichen Interesse an dem physikalischen Phänomen gibt es in der Astrophysik auch Anwendungen der Brownschen Rotation: Diese ungeordnete Rotationsbewegung führt im interstellaren Raum dazu, dass die Staubteilchen nicht die perfekte Ausrichtung besitzen, die sie eigentlich aufgrund der Magnetfelder aufweisen müssten. Eine Folge ist, dass das an ihnen gestreute Licht seine Polarisation verändert. In Molekülwolken und in Planetenentstehungsgebieten führt die Brownsche Rotation zu veränderten Stoß- und Wachstumsbedingungen der Staubteilchen und beeinflusst damit die Zeitdauer der Entstehung größerer Körper.

Die Untersuchung der Brownschen Rotation mikroskopisch kleiner Partikel in verdünnten Gasen ist nur unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit zu untersuchen. Im Labor führt das Absinken der Teilchen nämlich immer automatisch zu einer Beeinflussung der Rotation der Partikel. Im Fallturm Bremen dagegen herrscht für 4,7 Sekunden ausgezeichnete Schwerelosigkeit, sodass dort die Partikel relativ zum Gas in Ruhe sind. Somit lassen sich Brownsche Bewegung und Brownsche Rotation und deren gegenseitige Beeinflussung untersuchen.

„Unsere Staubexperimente liefern uns wichtige Informationen über die Entstehung unseres Sonnensystems“, erläutert Prof. Dr. Jürgen Blum, Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig. „Im Labor und im Fallturm können wir gleichsam künstlichen Planeten bei ihrer Geburt zuschauen. Eine Besonderheit an dieser Fallturmkampagne ist, dass sie ausschließlich von unseren Studierenden durchgeführt wird. Experimentaufbau, -betreuung und -auswertung werden von einem vierköpfigen Team im Rahmen eines Mikrogravitationspraktikums in alleiniger Verantwortung betrieben.“

Die fünfzehn Abwürfe im Fallturm Bremen werden freundlicherweise vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR zur Verfügung gestellt.

Prof. Jürgen Blum ist erreichbar am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig, E-Mail:j.blum@tu-braunschweig.de Tel.-Nr.: 0531-391-5217.