Extrem dicht: Annäherung an einen weitgehend unverstandenen Materiezustand
Durchbruch in der Beschreibung der warmen dichten Materie
Mit einer bis zu tausendfach höheren Dichte als gewöhnliche Festkörper ist warme dichte Materie extrem dicht. Sie existiert zum Beispiel als Folge der enormen Gravitation im Inneren von Zwergsternen. In Laborexperimenten lässt sich dieser Zustand unter dem Einfluss hochintensiver Laserstrahlung für kurze Zeiträume im Nano- bis Mikrosekundenbereich erzeugen. Lange genug für Forschende in aller Welt, um experimentell oder in Computersimulationen Aussagen über den Materiezustand zu treffen. „Eine genaue Kenntnis der warmen dichten Materie ist der Schlüssel zur Beantwortung vieler astrophysikalischer Fragen. Sie hilft uns zum Beispiel dabei, das Alter von Galaxien zu bestimmen und ist auch für technologische Anwendungen wie etwa die Trägheitsfusion oder das Verständnis des Verhaltens von Materialien unter extremem Druck essentiell“, ordnet Bonitz die Bedeutung der Ergebnisse ein.
Bisherige theoretische Modelle konnten nur ungenaue Informationen über die Eigenschaften der warmen dichten Materie liefern. Grund dafür ist die besondere Komplexität des Zusammenspiels der Teilchen, insbesondere aber das Verhalten der beteiligten Elektronen. Sie beeinflussen sich gegenseitig stark und unterliegen zudem den Gesetzen der Quantenmechanik, so dass sie mit den bislang vorhandenen Modellen nicht zuverlässig zu beschreiben sind.
Dank der neuartigen Simulationsmethode ist es nun möglich, Ergebnisse von Experimenten besser zu verstehen und zuverlässige Vorhersagen für neue Messungen zu machen. Das Verfahren der Kieler Forschungsgruppe kommt dabei ohne die in theoretischen Modellen üblichen Vereinfachungen aus. „Man kann es daher als ein Computerexperiment betrachten, das faktisch exakte Ergebnisse liefert“, so Bonitz weiter. Die nun an der CAU gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für die Verbesserung bestehender und die Entwicklung neuer numerischer Verfahren, mit denen in Zukunft eine vollständige Beschreibung der warmen dichten Materie gelingen kann.
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