https://www.faz.net/-gwz-q0kp

Gesellige Teilchen : Atome am Rande des Nullpunkts

  • Aktualisiert am

Sichtbarer Quanteneffekt Bild:

Einstein lieferte die Theorie, Cornell, Wieman und Ketterle den praktischen Beweis: Bei etwa einem Millionstel Grad unter Null rücken Atome zu einer Art Superatom zusammen.

          2 Min.

          Die Quantennatur des Lichts hatte sich endlich in der Physik fest etabliert, als Einstein Ende Juni 1924 einen Brief aus Indien erhielt. Der Absender war Satyendra Nath Bose, der die berühmte Plancksche Strahlungsformel von 1900 auf ungewöhnliche Weise hergeleitet hatte.

          Der junge Physiker interpretierte in seinem Artikel die von Einstein 1905 postulierten Lichtquanten als ein ideales Gas, dessen Partikeln unabhängig voneinander Zustände einnehmen können, die ihnen von der Quantentheorie zugewiesen werden. Daraus leitete Bose den Zusammenhang zwischen der Intensität der Strahlung und ihrer Temperatur sowie ihrer Wellenlänge her. Einstein erkannte sogleich die Bedeutung der Arbeit, die er eigenhändig übersetzte und in der Zeitschrift für Physik erscheinen ließ.

          Erste Quantentheorie für ein Ideales Gas

          Anschließend wandte Einsteins Boses Überlegungen auf Atome und Moleküle an und entwickelte so die erste Quantentheorie für ein ideales Gas. Dabei kam er zu einem seltsamen Schluß: Unterhalb einer bestimmten Temperatur drängeln sich alle Teilchen gleichermaßen in den Quantenzustand niedrigster Energie.

          Dort sind die Partikeln nicht mehr zu unterscheiden und verhalten sich wie eine Art Superatom. Der Effekt, der Bose-Einstein-Kondensation genannt wird, war zunächst eine reine mathematische Kuriosität. Wenig später fand man heraus, daß er nur bei Atomen - sogenannten Bosonen - auftreten sollte, deren Spins ganzzahlige Werte annehmen.

          Magnetische Atomfallen

          Lange hatten die Physiker versucht, die Bose-Einstein-Kondensation im Labor zu verwirklichen. Erst 1995 ist den späteren Nobelpreisträgern Eric Cornell und Carl Wieman vom National Institute of Standards and Technology (Nist) in Boulder/Colorado sowie Wolfgang Ketterle vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge das Experiment gelungen. Mit raffinierten Verfahren der Laserkühlung und mit speziellen magnetischen Atomfallen hatte man ein Gas aus mehreren tausend Rubidiumbeziehungsweise Natriumatomen im Vakuum auf eine Temperatur von weniger als einem Millionstel Grad über dem Nullpunkt gekühlt.

          Unter diesen Bedingungen bewegten sich die Atome extrem langsam, verloren ihre Identität sowie ihren Teilchencharakter und kondensierten in einen gemeinsamen makroskopischen Quantenstand niedrigster Energie, der sich wie ein Superatom verhielt.

          Geburt des Atomlasers

          In den vergangenen Jahren konnten dank verfeinerter Verfahren und eines besseren Verständnisses die Bose-Einstein-Kondensation auf Atome von Kalium, Lithium, Wasserstoff, Helium und Cäsium sowie jüngst auch auf Moleküle ausgeweitet werden. Inzwischen haben einige Forschergruppen auch einen Teil der Atome aus ihren Kondensaten kontrolliert entweichen lassen, was zu Partikelstrahlen mit erstaunlichen Eigenschaften führte. Die Atome schwangen im Gleichtakt ähnlich wie die Photonen eines Laserstrahls. Der Atomlaser war geboren.

          Weitere Themen

          Topmeldungen

          Am Morgen nach der Tat sicherten Polizisten die Tankstelle, deren Kassierer erschossen worden war.

          Mord in Idar-Oberstein : Corona-Leugner mit „sehr kurzer Zündschnur“

          Nach dem tödlichen Angriff auf einen Kassierer in Folge eines Streits um die Maskenpflicht dauern die Ermittlungen an. Nachbarn beschreiben den mutmaßlichen Täter als Corona-Leugner und hoch aggressiven Einzelgänger.
          Vor einem Jahr: Demonstranten gegen Lukaschenko im Zentrum von Minsk im August 2020

          Lukaschenko-Gegner in Minsk : Im Land der Verschwörer

          Der nationale Aufbruch in Belarus wird vom Regime Alexandr Lukaschenkos brutal unterdrückt. Doch aufgegeben haben seine Gegner nicht. Ein Besuch in der Hauptstadt Minsk.
          „Wachstumsschmerzen sind etwas Positives, wie bei Teenagern“, sagt Vorstandsvorsitzender Joachim Kreuzburg, 56.

          Sartorius-Chef Kreuzburg : Der deutsche Börsenstar

          40.000 Prozent Kursplus in 18 Jahren: Joachim Kreuzburg hat aus Sartorius einen Weltkonzern gemacht. Alle Impfstoffhersteller sind auf die Produkte angewiesen. Analysten sehen weiteres Kurspotential.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.