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Staubdichtewellen in starken Magnetfeldern

Schema der Plasmakammer und Standbild aus der Videosequenz der Staubdichtewellen mit 3.55 µm-Partikeln.

Für die Untersuchung von Sternen- und Planetensystemen ist es wichtig zu verstehen, wie Magnetfelder Staubpartikel in Plasmen beeinflussen. Die AG Kolloidale Plasmen untersuchten nun die Ausbreitung von Staubdichtewellen in Plasmen unter verschiedenen Magnetfeldern und für verschiedene Staubpartikelgrößen. Durch die Untersuchung der Wellendynamik können Parameter wie die Ionendichte im Plasma und die Staubladung extrahiert werden. Die Autoren fanden, dass die Staubdichtewellen ein interessantes Verhalten bei Veränderung der Magnetfeldstärke aufweisen. Bei niedrigen Magnetfeldern sind die Wellen kohärent. Wellen mit größeren Partikeln haben dabei etwas größere Phasengeschwindigkeiten als kleinere. Mit zunehmendem Magnetfeld zeigen die Wellen ein komplexeres Verhalten, das je nach Größe der Staubpartikel variiert. Für kleine Teilchen existieren zwei Moden mit unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig, während für größere Teilchen Moden mit unterschiedlichen Wellenzahlen kombiniert werden. Die Wellen werden bei noch höheren Feldern wieder kohärent, bevor sie schließlich ausgedämpft werden. Aus der Analyse der Wellendispersion ergibt sich überraschenderweise, dass die Ionendichte im Plasma und die Staubladung nur schwach mit der Magnetfeldstärke variieren. Bei diesen Experimenten wurde mikrometergroßer Staub in einer Argonentladung eingefallen. Die Teilchen werden mit einemLaser beleuchtet und das Streulicht der Teilchen mit Kameras aufgezeichnet. Die Plasmakammer wurde dabei in die Bohrung eines supraleitenden Magneten eingbracht. Der Magnet wird in Kooperation mit der Gruppe von Thomas Sunn Pedersen am IPP Greifswald betrieben. Wir danken Gerrit Marx für seine unverzichtbare Hilfe beim Aufbau und der Inbetriebnahme des Magneten.  Diese Arbeit wurde kürzlich von Physics of Plasmas als "Feature"-Artikel hervorgehoben und auch als "Scilight" für ein breiteres wissenschaftliches Publikum publiziert.

Quelle: "Dust-density waves in radio-frequency discharges under magnetic fields", Andre Melzer, Harald Krüger, Stefan Schütt und Matthias Mulsow, Physics of Plasmas 27 (2020) 033704. Der Artikel kann unter https://doi.org/10.1063/1.5144591 abgerufen werden. Scilight-Artikel: "How magnetic fields affect dust dynamics in plasmas",  Anashe Bandari, https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0000940


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