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Physik: Schwerelos forschen

Magdeburg/Bremen/MZ. 

Der Aufruf ist durchaus doppeldeutig: "Drop your thesis!", fordert die Europäische Weltraumagentur Esa angehende Wissenschaftler aus ganz Europa in einem jährlichen Wettbewerb auf. Man könnte das mit "Verwirf Deine Forschungsthese" übersetzen. Besser passen in diesem Falle allerdings die Übersetzungen "abwerfen" beziehungsweise "fallenlassen". Und zwar im wahrsten Sinne des Wortes. Geht es doch um Forschungszeit im Fallturm Bremen.

Für die fünfmal neun Sekunden Schwerelosigkeit bewerben sich jedes Jahr Nachwuchsforscher aus ganz Europa. Denn bei dem Fallturm handelt es sich um die einzige Forschungseinrichtung ihrer Art auf dem Kontinent. Allerdings kann nur ein Projekt pro Jahr gewinnen. Nun ist es einem Team von Doktoranden der Universität Magdeburg gelungen, den Wettbewerb für sich zu entscheiden. "Es ist toll, dass das geklappt hat, wir hatten gar keine großen Hoffnungen, den Wettbewerb zu gewinnen", sagt Teammitglied Kirsten Harth. Vorige Woche standen sie, Sandra Wegner, Kathrin May und Torsten Trittel dann vor dem 146 Meter hohen Fallturm. Zeit zum Staunen hatten die vier Doktoranden vom Institut für Experimentelle Physik, Abteilung Nichtlineare Phänomene, kaum. Die Konzentration lag schließlich ganz auf den anstehenden "Abschüssen", wie die Experimente genannt werden. Die Versuchsaufbauten werden dabei in einer Fallturmkapsel untergebracht, die mit einem Katapult in der Mitte der Fallröhre zunächst bis an die Spitze des Turmes geschossen wird und dann hinunterfällt. Bis zu 9,3 Sekunden Mikrogravitation, also annähernde Schwerelosigkeit, werden dabei erreicht.

Doch wozu die Schwerelosigkeit? Harth und ihre Kollegen forschen zum Thema granulare Gase. "Ein normales Gas zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichte der Moleküle sehr gering ist und die Moleküle schweben. Statt Molekülen haben wir bei unserem granularen Gas feste Teilchen", erklärt die 27-Jährige. Die Teilchen, in diesem Fall kleine Aluminiumstäbchen, werden in der Schwerelosigkeit zum granularen Gas.

Für Granulate interessieren sich Physiker, weil sie zwar aus festen Teilen bestehen, sie können sich aber auch ähnlich wie Flüssigkeiten oder Gase verhalten. Weil diese Ähnlichkeiten aber Grenzen haben, gibt es für Physiker noch viel zu erforschen. Ein beliebtes Beispiel für ein noch nicht abschließend erklärtes Verhalten von Granulaten ist der Paranuss-Effekt. In einer Müslimischung, das aus fachlicher Sicht ein gemischtes granulares Medium ist, sammeln sich die großen Nüsse und Fruchtstücke oben an. Und zwar dann, wenn das Müsli geschüttelt wird.

Das Magdeburger Fallturm-Team betreibt Grundlagenforschung. Es geht um Bewegungsrichtungen und -energie der stäbchenförmigen Teilchen in der Schwerelosigkeit. Potenziell seien die Ergebnisse aber auch für Ingenieure interessant, so Harth. Denn diese brauchen Vorhersagen über das Verhalten von Granulaten, etwa bei der Herstellung, Abfüllung oder Transport granularer Produkte, sei es Sand oder Waschmittel. Weil Granulate ein so komplexes Verhalten zeigten, seien Simulationen am Computer allein nicht ausreichend, sagt Harth. Deshalb müssen Granulate in natura beobachtet werden. Das Team um Harth ist dabei kein Neuling in Sachen Schwerelosigkeit. Denn ihr granulares Gas ist vor gut zwei Jahren in einem würfelförmigen Versuchsaufbau Richtung All gestartet.

Die damals gesammelten Daten dienten als Grundlage für die aktuellen Experimente. Wir haben aus den Fallturmabschüssen einen Haufen neuer Daten, sagt Harth. Die Auswertung, bei der unter anderem die Bewegung einzelner Aluminiumstäbchen nachverfolgt wird, werde eine Weile dauern. Aber nicht nur Daten bringen die Doktoranden aus Bremen mit, sondern auch schöne Erinnerungen. "Es war sehr angenehm und spannend, am Fallturm in Bremen zu arbeiten", sagt Harth.