Die Plasmaphysik ist ein Teilbereich der Physik, der sich mit ionisierten Gasen beschäftigt. Plasmen – auch bezeichnet als der vierte Aggregatzustand der Materie – sind elektrisch leitfähig und können Licht aussenden, weshalb Plasmen in Form von Energiesparlampen und in der Bildschirmtechnologieangewendet werden. Plasmen sind außerdem sehr verbreitet in industriellen Prozessen der Materialbearbeitung und -veredelung. Als „Staubiges Plasma“ bezeichnet man nun ein Plasma, in dem sich nano- oder mikrometergroße Teilchen befinden. Neben dem Auftreten in industriellen Verfahren ist diese Situation auch häufig in der Natur zu finden. Etwa kann man die Saturn-Ringe oder Teile der Erdatmosphäre als ein solches staubiges Plasma ansehen.
Staubige Plasmen sind deshalb besonders interessant, weil man die Bewegung der einzelnen Staubpartikel oder der Wolke als Ganzes direkt mittels Videomikroskopie beobachten kann. Im Gegensatz zu erdgebundenen Experimenten lassen sich unter Schwerelosigkeit ausgedehnte Staubwolken erzeugen und beobachten. Zum einen untersuchen wir mit modernsten Hochgeschwindigkeitskameras repräsentative Querschnitte durch die Staubwolke. Zum anderen ist es uns möglich, die dreidimensionale Teilchenbewegung durch ein stereoskopisches Kamerasystem aufzuzeichnen.
Im Sinne der Grundlagenforschung ist es das Ziel unserer Experimente, Bewegungseigenschaften und Anordnung dieser Teilchen in (regelmäßigen) Strukturen zu untersuchen. In ausreichend großen Staubwolken treten selbsterregte Dichtewellen auf, die wir als Ganzes und auch auf der Ebene einzelner Teilchen beobachten. Auf dieser Parabelflugkampagne soll nun unter anderem studiert werden, wie das Zusammenspiel zwischen dem Wellenvorgang und der Bewegung einzelner Teilchen funktioniert. Diese Messungen geben dann einen tiefen Einblick in die innere Struktur der Staubdichtewellen. Des weiteren treten selbsterzeugte großräumige Wirbelstrukturen auf. Hier untersuchen wir, unter welchen Bedingungen diese Wirbel existieren und welche Kräfte die Wirbel antreiben.