Neuartige Reaktion: Wasserstoff kann unter Druck einen exotischen Zustand einnehmen, der bisher nur von ultrakalten Quantenflüssigkeiten bekannt war. Dabei bilden Elektronen benachbarter Atome trotz Abstoßung Paare und die Energie des Wasserstoffs nimmt dadurch trotz Anregung ab statt zu, wie Physiker berichten. Ihre Berechnungen legen nahe, dass ein ionisiertes Wasserstoff-Plasma unter Druck ein solches „Roton-artiges“ Verhalten zeigen müsste – und dass dieses in Freie-Elektronen-Lasern nachweisbar sein könnte.
Normalerweise reagieren Atome bei Energiezufuhr durch Strahlung mit einer Anregung: Sie schwingen stärker, ihre Elektronen nehmen höhere Energieniveaus ein. Als Folge dieses photoelektrischen Effekts kann ein Atom Elektronen verlieren und ionisiert werden, häufiger gibt es die überschüssige Energie aber einfach wieder als Photon ab. Je höher die Energie der auftreffenden Strahlung, desto energiereicher ist das angeregte Atom – normalerweise.
Paarbildung unter Druck
Doch es gibt ein Phänomen, bei dem sich diese normale Reaktion scheinbar umkehrt: Unter extremen Bedingungen reagieren die Atome auf die Energiezufuhr nicht mehr mit einer Zunahme ihrer Anregung, sondern scheinen sogar an Energie zu verlieren. Dies wurde unter anderem in ultrakalten Quantenfluiden beobachtet. Wenn sich bei ihnen die Wellenlänge der Schwingungen dem mittleren Abstand der Atome annähert, sinkt die über Fluktuationen messbare Energie des Systems.
Physiker bezeichnen dieses Phänomen als „Roton-artiges“ Verhalten. Sie führen diesen exotischen Zustand darauf zurück, dass die Elektronen der dicht aneinander gedrängten Atome unter diesen Bedingungen ihre Abstoßung überwinden und Paare bilden. Unklar war jedoch bisher, ob dieser Zustand auch in sogenannter „warmer dichter Materie“ auftreten kann, beispielsweise einem stark komprimierten Plasma, und ob er überhaupt nachweisbar wäre.
