Man nehme eine Weintraube, schneide sie in zwei Teile, die nur noch mit einem Stück Haut verbunden sind, lege das Ganze in die Mikrowelle, stelle diese auf die höchste Stufe – und zack: Plasmablitz. Dazu muss nur ein paar Sekunden gewartet werden, bis die Traubenhälften zittern und schließlich leuchtende Lichtbälle über ihnen funken.

Sie müssen dieses Experiment nicht nachmachen, um den Effekt zu sehen: Zahlreiche Menschen haben den im Netz offenbar als "grape plasma trick" bekannten Versuch bereits durchgeführt.

Weintrauben sind nur der neueste Gegenstand unter den Dingen, die für Experimente bereits in Mikrowellen gelegt wurden. Doch das Weintrauben-Plasma beschäftigte die Amateurphysikerinnen und -physiker im Internet besonders. In Foren wird seit Langem diskutiert, wie die Blitze eigentlich entstehen.

Plasma wird auch als vierter Aggregatzustand bezeichnet. Es bildet sich, wenn man Gasen ausreichend Energie zuführt, etwa durch Erhitzen. Dadurch entsteht ein elektrisch leitfähiges Gemisch aus positiv geladenen Ionen, umgeben von freien Elektronen. Das Gemisch fängt zu leuchten an, wenn die freien Elektronen von den Ionen eingefangen werden und zuvor aufgenommene Energie in Form von Licht wieder abgeben. Bleibt noch die Frage, wie sich die Plasmablitze in der Mikrowelle bilden.

Entscheidend ist der Kontakt zwischen den Traubenhälften

Eine Studie der kanadischen Trent University sollte das Rätsel nun ein für alle Mal lösen. Eine Gruppe von kanadischen Forschern unter Aaron Slepkov fand heraus: Die runde Form der Trauben und die Eigenschaften des Wassers sind entscheidend. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler im Fachmagazin Proceedings (PNAS) der US-amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Frühere Erklärungen für dieses Phänomen hätten stets die Rolle der Haut und der offenen nassen Oberfläche betont, schreiben die Forscher. "Wir stellen jedoch fest, dass keiner dieser Bestandteile für die Bildung des Plasmas wesentlich ist." Ein genauer Blick auf die Entwicklung des Plasmablitzes zeige, dass die Zündung unterhalb der "Hautbrücke" zwischen den beiden Traubenhälften stattfinde.

Zunächst stellten die Forscher fest, dass auch ganze Weintrauben und Kugeln aus Hydrogel, das zum größten Teil aus Wasser besteht, Plasmablitze entstehen lassen, wenn sie mit Mikrowellen bestrahlt werden. Entscheidend dabei ist, dass es einen Kontakt zwischen den Trauben oder Kugeln gibt. Dieser Kontakt kann auch aus Thermopapier bestehen, das sich ab einer Temperatur von 85 Grad Celsius dunkel verfärbt.    

Natrium und Kalium im Plasma und in der Traubenhaut

Wichtig sind der Studie zufolge sogenannte Hotspots, die sich in der Mitte zwischen den Trauben bilden. Diese bilden sich einerseits wegen der runden Form der Trauben, in denen elektromagnetische Wellen auf eine bestimmte Art und Weise gestreut werden. Andererseits ist das Wasser innerhalb der Trauben entscheidend: Als die Forscher in einem Test zwei sich berührende Wachteleier in die Mikrowelle legten, entstand ein Hotspot zwischen ihnen nur, wenn die Eierschalen gefüllt waren. Waren die Schalen durch ein kleines Loch entleert worden, gab es den Hotspot nicht.

Was geschieht nun mit dem Hotspot zwischen den Traubenhälften? Die Wissenschaftler führten eine Spektralanalyse des Plasmablitzes durch. Dabei stießen sie auf Natrium und Kalium – chemische Elemente, die in der Traubenhaut vorhanden sind. Weil sich das elektrische Feld der Mikrowellenstrahlung stark im Hotspot konzentriert, werden diese Atome teilweise ionisiert. Dann sind sie nicht mehr elektrisch neutral. Die Natrium- und Kaliumionen sind mit der Wellenlänge der Mikrowellen in Resonanz und können auch die umgebende Luft ionisieren, sodass ein Plasmablitz entsteht.