W\u00e4hrend die meisten Menschen mit den vier klassischen Aggregatzust\u00e4nden vertraut sind, kennt die moderne Physik und Chemie eine Vielzahl weiterer Zustandsformen. Dieser Artikel bietet eine systematische \u00dcbersicht aller theoretisch etablierten und experimentell nachgewiesenen Aggregatzust\u00e4nde \u2013 von den allt\u00e4glichen Phasen bis zu extremen Materieformen in Sternen und Quantengasen.<\/p>\n\n\n\n
Festk\u00f6rper<\/strong> Fl\u00fcssigkeit<\/strong> Gas<\/strong> Plasma<\/strong> Der amorphe Zustand ist kein f\u00fcnfter Aggregatzustand<\/strong> Gele, Kolloide und Fl\u00fcssigkristalle<\/strong> Bose-Einstein-Kondensat (BEC)<\/strong> Fermionisches Kondensat<\/strong> Suprafl\u00fcssigkeit (Superfluid)<\/strong> Suprafestk\u00f6rper (Supersolid)<\/strong> Entartete Materie (Degenerate Matter)<\/strong> Quarkmaterie (Strange Matter)<\/strong> Quark-Gluon-Plasma<\/strong> Schwach symmetrische Materie<\/strong> Stark symmetrische Materie<\/strong> Quanten-Hall-Zustand<\/strong> Quanten-Spin-Hall-Zustand<\/strong> String-Net-Fl\u00fcssigkeit<\/strong> Plastische Kristalle<\/strong>
Ein Festk\u00f6rper zeichnet sich durch eine starre Form aus, die keines Beh\u00e4ltnisses bedarf. Man unterscheidet zwei grundlegende Formen: Den kristallinen Zustand<\/strong>, bei dem Atome, Ionen oder Molek\u00fcle in einem regelm\u00e4\u00dfigen, sich periodisch wiederholenden r\u00e4umlichen Gitter angeordnet sind, und den amorphen Zustand<\/strong> (griechisch amorph<\/em> = formlos), bei dem zwar eine Nahordnung, aber keine Fernordnung \u00fcber viele Atomabst\u00e4nde hinweg existiert <\/a><\/a>. Gl\u00e4ser, viele Kunststoffe und bestimmte Keramiken liegen amorph vor. Historisch wurde bereits im 19. Jahrhundert beobachtet, dass amorphe Stoffe beim \u00dcbergang in den kristallinen Zustand W\u00e4rme und mitunter sogar Licht freisetzen k\u00f6nnen <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Fl\u00fcssigkeiten sind kaum kompressibel, passen sich der Gef\u00e4\u00dfform an, bewahren aber ein nahezu konstantes Volumen. Die Teilchen besitzen Nahordnung, sind jedoch gegeneinander verschiebbar <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Gase sind kompressible Fluide, die sich gleichm\u00e4\u00dfig im verf\u00fcgbaren Raum verteilen. Die Teilchenabst\u00e4nde sind gro\u00df, geordnete Strukturen fehlen vollst\u00e4ndig <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Ein ionisiertes Gas, bei dem Elektronen nicht mehr an ihre Atomkerne gebunden sind. Plasmen reagieren kollektiv auf elektromagnetische Felder und k\u00f6nnen eigene Magnetfelder ausbilden <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n2. Irrt\u00fcmer und Klarstellungen: Keine eigenst\u00e4ndigen Aggregatzust\u00e4nde<\/h2>\n\n\n\n
Entgegen einer verbreiteten Annahme handelt es sich beim amorphen Zustand nicht um einen eigenst\u00e4ndigen Aggregatzustand, sondern um eine strukturelle Variante des Festk\u00f6rpers. Fachliteratur bezeichnet ihn konsequent als \u201eamorphen Festk\u00f6rper\u201c im Gegensatz zum \u201ekristallinen Festk\u00f6rper\u201c <\/a><\/a>. Beide teilen die wesentlichen Eigenschaften des festen Zustands \u2013 Formstabilit\u00e4t und Volumendefiniertheit.<\/p>\n\n\n\n
Diese Stoffe besitzen zwar bemerkenswerte Zwischeneigenschaften, gelten jedoch nicht als thermodynamisch eigenst\u00e4ndige Phasen. Gele sind kolloidale Systeme, die \u00fcberwiegend aus Fl\u00fcssigkeit bestehen, aber festartig erscheinen <\/a>. Fl\u00fcssigkristalle (nematisch, smektisch, cholesterisch) sind Mesophasen zwischen fest und fl\u00fcssig \u2013 sie flie\u00dfen wie Fl\u00fcssigkeiten, zeigen aber Fernordnung <\/a><\/a>. Auch die superkritische Fl\u00fcssigkeit ist kein eigener Zustand, sondern der Bereich oberhalb des kritischen Punktes, wo die Unterscheidung von Fl\u00fcssigkeit und Gas verschwindet <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n3. Quantenkondensate: Materie nahe dem absoluten Nullpunkt<\/h2>\n\n\n\n
1925 von Albert Einstein auf Basis der Arbeiten Satyendra Nath Boses vorhergesagt, 1995 erstmals experimentell von Cornell, Wiemann und Ketterle realisiert (Nobelpreis 2001) <\/a><\/a>. Ein BEC entsteht, wenn eine Wolke aus Bosonen auf wenige Milliardstel Grad \u00fcber dem absoluten Nullpunkt gek\u00fchlt wird. Alle Teilchen fallen in den identischen quantenmechanischen Grundzustand und verhalten sich wie ein einziges \u201eSuperatom\u201c <\/a>. Bemerkenswert: Licht kann in einem BEC auf Fahrradgeschwindigkeit abgebremst oder vollst\u00e4ndig gestoppt werden <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Fermionen gehorchen dem Pauli-Prinzip und k\u00f6nnen eigentlich nicht denselben Quantenzustand besetzen. Durch Magnetfelder lassen sich jedoch Atompaare koppeln, die sich als Bosonen verhalten und gemeinsam kondensieren. 2004 von Deborah S. Jins Gruppe in Colorado erstmals erzeugt, gilt dieses Kondensat als \u201eMissing Link\u201c zwischen BEC und Supraleitung <\/a><\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Eine Phase extrem kalter Fl\u00fcssigkeiten (vor allem Helium-4), die vollst\u00e4ndig reibungsfrei flie\u00dft. Suprafluides Helium kriecht an Gef\u00e4\u00dfw\u00e4nden hoch und bildet beim Rotieren quantisierte Wirbel <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Ein theoretisch vorhergesagter und experimentell umstrittener Zustand, der die Eigenschaften eines Suprafluids (reibungsfreie Bewegung) mit denen eines Festk\u00f6rpers (starre Form) vereint <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n4. Hochdruck- und Sternenmaterie<\/h2>\n\n\n\n
Unter enormem Gravitationsdruck werden Quanteneffekte makroskopisch relevant. Der Entartungsdruck \u2013 eine Konsequenz des Pauli-Prinzips \u2013 verhindert den Kollaps.<\/p>\n\n\n\n\n
Eine hypothetische Phase, die m\u00f6glicherweise im Kern besonders massereicher Neutronensterne existiert. Quarks, normalerweise dauerhaft in Hadronen eingeschlossen, k\u00f6nnten hier frei beweglich sein <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Bei extremen Temperaturen oder Dr\u00fccken \u201eschmelzen\u201c Protonen und Neutronen. Quarks und Gluonen werden zu einem nahezu reibungsfreien Plasma entkoppelt. Dieser Zustand herrschte Mikrosekunden nach dem Urknall und wird in Teilchenbeschleunigern (LHC, RHIC) kurzzeitig erzeugt <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n5. Symmetrische Materie: Der Urknall-Zustand<\/h2>\n\n\n\n
Bis 10\u207b\u00b9\u00b2 Sekunden nach dem Urknall waren elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung noch zu einer einzigen Kraft vereinigt <\/a><\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Bis 10\u207b\u00b3\u2076 Sekunden nach dem Urknall waren alle vier Grundkr\u00e4fte (inklusive Gravitation) vereinheitlicht. Die Energiedichte \u00fcberstieg jede heute vorstellbare Gr\u00f6\u00dfenordnung. Durch Abk\u00fchlung und Symmetriebrechung trennten sich die Kr\u00e4fte nacheinander ab <\/a><\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\n6. Exotische Quantenphasen<\/h2>\n\n\n\n
Unter starken Magnetfeldern und tiefsten Temperaturen bilden zweidimensionale Elektronengase einen Zustand, bei dem der Hall-Widerstand exakt quantisiert ist. Nobelpreis 1985 (Klaus von Klitzing) und 1998 (Stormer, Tsui, Laughlin) <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Eine theoretisch vorhergesagte topologische Phase ohne Energieverlust an den R\u00e4ndern. K\u00f6nnte zuk\u00fcnftig verlustarme Elektronik erm\u00f6glichen <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Ein hypothetischer Zustand, bei dem Atome fl\u00fcssigkeitsartig ungeordnet erscheinen, aber ein konsistentes Gesamtmuster aufweisen. Wird als m\u00f6glicher Ursprung bestimmter Hochtemperatur-Supraleiter diskutiert <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Molekulare Festk\u00f6rper mit Fernordnung der Molek\u00fclschwerpunkte, aber Rotationsfreiheit der Molek\u00fcle \u2013 eine Art \u201eweicher\u201c Kristall <\/a>.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\n\nVollst\u00e4ndige Systematik aller Aggregatzust\u00e4nde<\/h2>\n\n\n\n