Neue Gesetzmäßigkeit in den Eigenschaften chemischer Elemente entdeckt

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Die Verteilung aller bekannten Spektrallinien der Elemente gleicht dem Spektrum eines 9.000 Kelvin  (8727 Grad Celsius, siehe rote Kurve) heißen schwarzen Strahlers und könnte Hinweise auf die frühe Entstehungsphase des Universums liefern. Copyright/Quelle: Universität Rostock, T. Richard et al., 2020, Analen der Physik

Die Verteilung aller bekannten Spektrallinien der Elemente gleicht dem Spektrum eines 9.000 Kelvin  (8727 Grad Celsius, siehe rote Kurve) heißen schwarzen Strahlers und könnte Hinweise auf die frühe Entstehungsphase des Universums liefern.
Copyright/Quelle: Universität Rostock, T. Richard et al., 2020, Analen der Physik

Rostock (Deutschland) – Physiker der Universität Rostock haben eine überraschende Gesetzmäßigkeit in den Spektrallinien aller bekannten chemischen Elemente entdeckt. Obwohl jedes Element bei Erhitzung ein einzigartiges Strahlungsspektrum ausweist, 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.

Wie das Team um Tim Richardt und Professor Alexander Szameit aktuell im Fachjournal „Annalen der Physik“ (DOI: 10.1002/andp.202000033) berichtet, vermuten sie einen Zusammenhang zur Entstehung des Universums, bei der auch alle chemischen Elemente „geboren“ wurden.

Hintergrund
Die ersten Spektrallinien wurden Anfang des 19. Jahrhunderts von William H. Wollaston und Joseph von Fraunhofer entdeckt. Es vergingen fast 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. Mit Hilfe der Linien lassen sich alle chemischen Elemente eindeutig wiedererkennen (siehe Abb. 0-100). Über 250.000 solcher Linien sind bisher experimentell identifiziert und in einem umfangreichen Online-Katalog des National Institute of Standards and Technology (NIST) zugänglich.

Die jetzt entdeckte Systematik verwundert selbst die Wissenschaftler: „Über der Wellenlänge aufgetragen, folgen die bekannten Spektrallinien der Elemente dem thermischen Planck-Spektrum der Strahlungsintensität einer überhitzten Glühlampe“, erläutert die Pressemitteilung der Universität. „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.“

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Dieser scheinbar zufällige Wert könnte eine unerwartete Verbindung zur Kosmologie aufzeigen, vermuten die Autoren der Studie: „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.“

Allerdings wollen die Wissenschaftler um Szameit auch noch nicht gänzlich ausschließen, dass es sich um eine rein zufällige Übereinstimmung handelt: „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 …‘“.

Quelle: Universität Rostock

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