Innsbrucker Physiker wollen Bose-Einstein-Kondensat filmen

Eine verbesserte Möglichkeit zur Untersuchung von Quantenzuständen kalter Gase, insbesondere von Bose-Einstein-Kondensaten (BEC), wurde von der Gruppe von Prof. Helmut Ritsch vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck aufgezeigt.
Aufbau des vorgeschlagenen Experiments
Bild: Aufbau des vorgeschlagenen Experiments

Eine spezielle Versuchsanordnung soll es ermöglichen, ein BEC gleichsam zu filmen. Mit bisher üblichen Beobachtungsverfahren für derartige Materiezustände konnte das atomare System immer nur ein Mal betrachtet und untersucht werden; die Untersuchung führte stets zum Kollabieren und somit zur Zerstörung des Systems. Der vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck präsentierte Vorschlag für ein neuartiges  Experiment zur Beobachtung atomarer Systeme in periodischen, durch Laserstrahlen aufgebaute Teichenfallen - sogenannten optischen Gittern - wurde in der Online-Ausgabe der Wissenschaftsszeitschrift "Nature Physics" veröffentlicht.

 

Im Zustand des BEC, bei extrem tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, verlieren alle Teilchen quasi ihre Identität und beginnen im Gleichschritt (kohärent) zu funktionieren. Dieser Zustand wird als eigener Zustand der Materie - neben gasförmig, fest oder flüssig – angesehen. Seine erstmalige Erzeugung wurde 2001 mit dem Nobelpreis gewürdigt. Seitdem wurde weltweit an diesem Thema, sowohl theoretisch als auch experimentell, intensiv geforscht. Eine Vorreiterrolle im experimentellen Sektor hat hier das Team um Prof. Rudolf Grimm vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck.

 

Werden nun solche ultrakalte atomare Systeme in optische Gitter geladen tun sich wieder vielfältigste Möglichkeiten auf. Wie die Gruppe von Prof. Peter Zoller vom Institut für Theoretische Physik aufgezeigt hat, kann man damit, quasi wie eine Art Baukasten, Modelle der Festkörperphysik nachbilden und auch experimentell überprüfen. Damit konnten bisher unüberprüfbare Theorien aus diesem Gebiet verifiziert werden. Das Problem ist, dass bisher jede Messung - etwa mittels Laser - den Zustand   des atomaren Systems zerstörte.

 

Durch eine spezielle Anordnung von Spiegeln und die Einstellung von Frequenzen von Lasern soll dieses Manko nun umgangen werden. Ganz ohne Eingriff geht allerdings auch diese Messung nicht vonstatten. Der Trick dabei ist, dass etwa für die Bestimmung der quantenmechanischen Verteilung, Phasenverschiebungen eines Resonatorlichtfeldes gemessen werden. Dadurch bleiben die Plätze der einzelnen Atome unverändert und das System kollabiert nicht. Dies erlaubt nun auch dynamische Vorgänge wie Veränderungen an ein- und demselben Kondensat zu messen und somit dieses gleichsam zu filmen. Experimente in dieser Hinsicht sind bereits im Laufen, der Vorschlag von der Gruppe von Helmut Ritsch wurde jedenfalls mit hohem Interesse von den Experimentalphysikern aufgenommen.