Schaum in der Schwebe

Die Physik des Schaums ist bislang noch wenig erforscht – was auch damit zusammenhängt, dass die Blasen schnell zusammenfallen und sich auflösen. Drei Physiker haben nun ein besonderes Verfahren entwickelt, um Schaum wesentlich haltbarer zu machen. Wie das Team um Nathan Isert von der Universität Konstanz im Fachblatt „European Physics Journal“ berichtet, konnte es den Schaum mithilfe extrem starker Magnetfelder in der Schwebe halten.

Viele kleine Kreise, dicht gedrängt. Oben kleiner Radius, unten großer Radius.
Zeitliche Entwicklung der Schaumstruktur

Diese sogenannte magnetische Levitation funktioniert, weil Wasser – der Hauptbestandteil von Schaum – diamagnetisch ist: Ein anliegendes Magnetfeld ruft in den Wassermolekülen magnetische Momente hervor, die dem äußeren Feld entgegengerichtet sind. Dadurch bewegen sich Moleküle aus einem angelegten Magnetfeld heraus. Ist das Magnetfeld stark genug, lässt sich Wasser durch diesen Effekt sogar in der Schwebe halten.

In ihren Experimenten nutzten die Forscher um Isert eine supraleitende Magnetspule und erzielten damit eine Magnetfeldstärke von 18 Tesla – das ist nahezu 200-mal stärker als ein handelsüblicher Hufeisenmagnet. In diesem Feld ließ sich der Schaum in der Schwebe halten und über Stunden beobachten. Für gewöhnlich fallen Schaumblasen bereits nach kurzer Zeit in sich zusammen, weil das Wasser darin durch den Schwerkrafteinfluss allmählich nach unten fließt und die Blasen instabil werden.

In ihren Versuchen variierten Isert und seine Kollegen den Flüssigkeitsgehalt des Schaums und fanden heraus, dass einige schon mehrere Jahrzehnte alte Theorien das Verhalten des Schaums sehr gut beschreiben. Wie vielleicht aus der Badewanne bekannt, werden die Blasen im Lauf der Zeit immer größer. Der genaue Verlauf hängt jedoch vom Flüssigkeitsgehalt des Schaums ab. Bei trockenen Schäumen nimmt die Blasengröße mit der Wurzel der Dauer zu. Bei feuchteren Schäumen läuft das Blasenwachstum etwas langsamer ab.