Neue Gesetzmäßigkeit in den Eigenschaften chemischer Elemente entdeckt

05.05.2020 - Deutschland

Physiker der Universität Rostock entdeckten eine überraschende Gesetzmäßigkeit in den Spektrallinien aller bekannten chemischen Elemente. Obwohl jedes Element bei Erhitzung ein einzigartiges Strahlungsspektrum aussendet, das es mit keinem anderen Element gemeinsam hat, folgt die Gesamtheit dieser Muster farbigen Lichtes der Strahlungsregel einer Glühlampe, wenn ihr Glühfaden auf eine Temperatur von 9.000 Kelvin (heißer als die Sonnenoberfläche) erhitzt werden würde. Die Forscher des Teams von Professor Alexander Szameit vermuten einen Zusammenhang zur Entstehung des Universums, bei der auch alle chemischen Elemente „geboren“ wurden.

Die ersten Spektrallinien wurden Anfang des 19. Jahrhunderts von William H. Wollaston und Joseph von Fraunhofer entdeckt. Es vergingen beinahe 100 Jahre, bevor Niels Bohr mit seinem Atommodell eine anschauliche Erklärung für ihren Ursprung liefern konnte. Mit Hilfe der Quantenmechanik lassen sich die spektralen Fingerabdrücke der verschiedenen Elemente mit enormer Präzision berechnen. Über 250.000 solcher Linien sind bisher experimentell identifiziert und in einem umfangreichen Online-Katalog des National Institute of Standards and Technology (NIST) zugänglich. Mit Hilfe der Linien lassen sich alle chemischen Elemente eindeutig wiedererkennen.

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Rostock entdeckte eine erstaunliche Systematik: Über der Wellenlänge aufgetragen, folgen die bekannten Spektrallinien der Elemente dem thermischen Planck-Spektrum der Strahlungsintensität einer überhitzten Glühlampe. Mit einem Maximum bei 320 Nanometern, gerade außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Bereichs der Strahlung im Ultravioletten (UV-A), müsste diese hypothetische Glühlampe eine Temperatur von 9.000 Kelvin (8727 Grad Celsius) haben.

Dieser scheinbar zufällige Wert könnte eine unerwartete Verbindung zur Kosmologie aufzeigen: Kurz nach dem Urknall, bevor Materie entstand, dominierte Strahlung das Universum. Erst nach seiner Ausdehnung und Abkühlung kondensierten nach und nach die Elementarteilchen und die Materie, aus der unsere heutige Welt besteht. Der schicksalshafte Übergang zwischen diesen gegensätzlichen Zuständen erfolgte bei einer Temperatur von 9.000 Kelvin. Könnte das eine nur rein zufällige Übereinstimmung sein? „Gut möglich“, räumt Professor Alexander Szameit ein: „Wir haben das im Team ausgiebig diskutiert und fanden die Entdeckung so ungewöhnlich, dass wir uns bei der Suche nach einer möglichen Erklärung an die Wissenschaftsgemeinschaft gewandt haben. Wie hatte Isaac Asimov es doch so treffend ausgedrückt: ,Die spannendsten Worte, die es in der Wissenschaft zu hören gibt, sind nicht ‚Heureka!‘ (‚Ich habe es gefunden‘), sondern ‚Hmmmm, komisch …‘“.

Originalveröffentlichung

Tim Richardt, Matthias Heinrich, Markus Gräfe, Alexander Szameit; "Possible Link between the Distribution of Atomic Spectral Lines and the Radiation–Matter‐Equilibrium in the Early Universe"; Annalen der Physik; 2020

https://www.chemie.de/news/1166124/neue-gesetzmaessigkeit-in-den-eigenschaften-chemischer-elemente-entdeckt.html