Haben Quantenphysiker das Rätsel des Kugelblitzes gelöst?

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Künstlerische Darstellung eines Quanten-Kugelblitzes (Illu.).

Copyright: Heikka Valja

Espoo (Finnland) – Quantenphysikern ist die Verknotung der magnetischen Felder von zu einem sog. Bose-Einstein-Kondensat extrem heruntergekühlten Rubidium-Atomen gelungen, wodurch sich die Atomwolke ähnlich wie ein Riesenatom verhält. In dem Ergebnis sehen die Wissenschaftler eine Bestätigung für eine frühere Theorie, laut der es sich bei der Struktur von Kugelblitzen um eben einen solchen elektromagnetischen Knotenwirbel handeln könnte. Die Erkenntnis könnte sogar zur Reproduzierbarkeit des Kugelblitzphänomens im Labor führen, aber auch in Fusionsreaktoren zum Einsatz kommen.

Zu den schon seit Jahrhunderten beschriebenen mysteriösen und bislang noch nicht völlig erklärten Eigenschaften von Kugelblitzen (s. Abb. l.: Illustration eines Kugelblitzes im Innern eines Raumes aus dem 19. Jahrhundert. Copyright: Gemeinfrei) gehört neben ihrem plötzlichen Erscheinen etwa der Umstand, dass sie sich offenbar unabhängig von der sie umgebenden Atmosphäre bewegen können, ihre Flugrichtung also nicht von Luftbewegungen beeinträchtigt wird; und die von Zeugen schon zahlreich beschriebene Fähigkeit, sich ungehindert durch Fenster und solide Wände bewegen und dennoch andere physikalische Objekte schädigen zu können. Auch die im Vergleich zu gewöhnlichen Blitzen ungewöhnliche Langlebigkeit von Kugelblitzen stellt Wissenschaftler bis heute vor ein Rätsel.

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Wie das Team um Dr. Mikko Möttönen von der Aalto-Universtät (der selbst einmal einen echten Kugelblitz im Haus seiner Großeltern erlebt haben will), Wojan Lee und Professor David Hall vom Amherst College und Kollegen aktuell im Fachjournal “Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.aao3820) berichten, basieren ihre Untersuchungen auf einer 40 Jahe alten Theorie, laut der es sich auch bei den natürlichen Kugelblitzen um eine Makroversion eines sogenanntes Skyrmion – also um einen verknoteten elektromagnetischen Wirbel handeln könnte.

“Die verknotete Struktur eines Skyrmions besteht aus miteinander verbundenen und verknoteten Schleifen”, erläutern die Wissenschaftler und führen weiter aus: “Ein solcher Knoten kann zwar gelockert und bewegt, aber nicht vollständig aufgelöst werden. Die von einer solchen Struktur erzeugten Magnetfelder entsprechen exakt jenen, wie sie zuvor anhand eines Kugelblitz-Modells vorhergesagt wurden.”

“Das Bemerkenswerte daran ist, dass dieser elektromagnetische Knoten und damit sozusagen einen Kugelblitz im Quantenmaßstab im Prinzip eigentlich nur durch zwei gegeneinander zirkulierende elektrische Ströme und deren Magnetfeld erzeugt haben”, erläutert Möttönen weiter. “Das könnte auch erklären, warum Kugelblitze denn auch in normalen Blitzen entstehen können.”

Jetzt sollen weitere Untersuchungen zeigen, ob es auf dieser Grundlage tatsächlich möglich sein wird, einen echten Kugelblitz im Labor zu erzeugen. Bisherige Experimente konnten zwar kugelförmige Entladungen entstehen lassen, doch dauerten auch diese nur wenige Sekundenbruchteile an (…GreWi berichtete).

Sollten diese Bemühungen erfolgreich sein, so könnten sie auch bei der Lösung der Frage behilflich sein, wie Plasmafelder im Innern von Fusionsreaktoren stabil und effizient kontrollliert und in Form gehalten werden können.

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