Granulare Gase aus anisotropen Partikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Stannarius
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235708415

Ähnlich wie in Kontinua kann man für granulare Materialien verschiedene Aggregatzustände definieren. Granulare Gase sind lockere Ensembles fester Teilchen, wie zum Beispiel die Saturnringe oder Sandstürme. Im Gegensatz zu atomaren oder molekularen Gasen sind Kollisionen dissipativ,man muss zur Aufrechterhaltung des Bewegungszustandes permanent Energie zuführen, die durch Stöße auf Rotations- und Translationsfreiheitsgrade verteilt wird. Granulare Gase lassen sich ameinfachsten unter Mikrogravitation realisieren. Obwohl sie einzigartig geeignet sind, statistische Dynamik von Nichtgleichgewichtssystemen zu untersuchen, gibt es bisher nur punktuell einige wenige Experimente. Das hat in erster Linie mit dem Aufwand bei der Vorbereitung von Mikrogravitationsexperimenten und mit Problemen der Realisierung einer geeigneten Anregung zu tun. Wir untersuchen granulare Gase aus formanisotropen Partikeln experimentell und konzentrieren uns dabei auf die folgenden Fragestellungen:- Wie verteilt sich die kinetische Energie auf die Rotations- und Translationsfreiheitsgrade?- Wie kühlen solche Gase ab, wenn keine Energie zugeführt wird?- Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Anregung und der granularen Temperatur?- Wie ist die räumliche Verteilung der Partikel und der dynamischen Größen im abkühlenden Gas?Erste Experimente wurden bereits von Studenten im Rahmen des REXUS-Programmes durchgeführt, es wurden etwa 100 s Videosequenzen eines schwach angeregten granularen Gases unter Schwerelosigkeitaufgenommen. Diese Experimente sind in der Qualität der dabei erhaltenen Daten international auf höchstem Niveau. Die vorhandenen Daten sind bisher nur zu einem geringen Teil ausgewertet. Weitere Experimente werden vom Antragsteller voraussichtlich Ende des Jahres auf einemSuborbitalflug mit einer STIG-B Forschungsrakete (Armadillo Aerospace) durchgeführt. Zusätzlich werden in Fallturmexperimenten die Einflüsse der Anregungsparameter und Partikelgeometrien untersucht. Die Auswertung der bereits verfügbaren und der absehbar noch anfallenden experimentellenDaten sowie die Interpretation und Modellbildung sind ein umfangreiches und anspruchsvolles Programm, das in diesem Projekt realisiert werden soll. Es wird qualitativ neue Erkenntnisse zum Verständnis granularer Gase und zur Überprüfung schon vorhandener Modelle liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen