Vlad Krasen
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Es ist weder das Geräusch eines massiven Unterwassererdbebens noch das Geräusch einer Pistolengarnele, die lauter als ein Pink Floyd-Konzert mit den Krallen schnappt. Es ist in der Tat das Geräusch eines winzigen Wasserstrahls - etwa halb so breit wie ein menschliches Haar -, der von einem noch dünneren Röntgenlaser getroffen wird.
Sie können dieses Geräusch nicht hören, da es in einer Vakuumkammer erzeugt wurde. Das ist wahrscheinlich das Beste, wenn man bedenkt, dass diese rumpelnden Druckwellen mit rund 270 Dezibel noch lauter sind als der lauteste Raketenstart der NASA (der etwa 205 Dezibel misst). Dank einer Reihe von Ultra-Zeitlupen-Videos, die im Rahmen einer neuen Studie im SLAC National Accelerator Laboratory im kalifornischen Menlo Park aufgenommen wurden, können Sie die mikroskopisch verheerenden Auswirkungen des Klangs in Aktion sehen. [Winzige Größe: Atemberaubende Fotos der Kleinsten]
In dem obigen Video, das in etwa 40 Nanosekunden (40 Milliardstel Sekunden) aufgenommen wurde, teilt der pulsierende Laser den Wasserstrahl sofort in zwei Teile und verdampft die Flüssigkeit, die er berührt, während starke Druckwellen auf beiden Seiten des Strahls wackeln. Diese Wellen erzeugen mehr Wellen und nach etwa 10 Nanosekunden bilden sich auf jeder Seite des Hohlraums sprudelnde schwarze Wolken aus kollabierenden Blasen.
Laut Claudiu Stan, einem Physiker an der Rutgers University in Newark, New Jersey, und einem der Mitautoren der Studie, repräsentieren diese Druckwellen wahrscheinlich den lautesten Unterwasserschall. Wenn es lauter wäre, würde das Geräusch "tatsächlich die Flüssigkeit kochen", sagte Stan - und sobald das Wasser kocht, hat das Geräusch kein Medium mehr, durch das es hindurchtreten kann.
Warum versuchen, einen Klang zu entdecken, der sein eigenes Medium zerreißt? Laut Stan könnte das Verständnis der Grenzen des Unterwasserschalls den Forschern helfen, zukünftige Experimente zu entwerfen.
Wissenschaftler suspendieren regelmäßig kleine Teile faszinierender Materie - beispielsweise eine bestimmte Art von Proteinkristall - in Flüssigkeitsstrahlen und sprengen sie mit Lasern, um ihre chemischen Eigenschaften zu bestimmen. Wenn Wissenschaftler genau wissen, wie intensiv ein Laserpuls sein kann, ohne die Flüssigkeit versehentlich zu zerstören, könnte dies die Durchführung dieser Experimente verbessern, sagte Stan. Dies gilt insbesondere für Studien, bei denen Wissenschaftler Materialproben mit Hochleistungsstrahlen treffen, um die Materialien zu testen strukturelle Integrität.
"Diese Forschung kann uns helfen, in Zukunft zu untersuchen, wie mikroskopische Proben reagieren würden, wenn sie durch Unterwasserschall stark vibriert werden", sagte Stan.
Dies ist nicht das erste Mal, dass SLAC-Forscher diesen Röntgenlaser verwenden, um die Grenzen der Physik zu testen. In einer Studie aus dem Jahr 2017 verwendeten die Forscher denselben Laser, um die Elektronen aus einem Atom zu sprengen und ein "molekulares Schwarzes Loch" zu erzeugen, das alle verfügbaren Elektronen aus nahe gelegenen Atomen ansaugte. Zusammengenommen ergeben diese und die neue Studie eine unangreifbare Schlussfolgerung: Laser sind wirklich sehr, sehr cool.
Die neue Studie wurde am 10. April in der Zeitschrift Physical Review Fluids veröffentlicht.
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