Lévy Statistics and Laser Cooling

Von F. Bardou et al. Cambridge University Press, Cambridge 2001. XII+199 S., Paper back,  ISBN 0-521-00422-5

Einer der vielen reizvollen Aspekte der Quantenoptik mit kalten Atomen ist gewiss die Möglichkeit, nahezu ideale Modellsysteme für physikalische Phänomene z. B. in der Festkörperphysik oder der Thermodynamik realisieren und untersuchen zu können. In dem hier besprochenen Buch ist es die Kühlung der Atome selbst, die ein System mit einer ungewöhnlichen Statistik, der Lévy-Statistik, repräsentiert. Systeme, die der Lévy-Statistik gehorchen, besitzen interessante und exotische Eigenschaften. Sie sind nicht-ergodisch oder mit anderen Worten erreichen niemals ein Gleichgewicht. Die Evolution des Gesamtsystems wird hierbei durch seltene, mikroskopische Ereignisse bestimmt, die schwierig mit Simulationen zu erfassen sind. Als eingängiges Beispiel aus dem praktischen Leben seien nur Katastrophen wie etwa Lawinenabgänge erwähnt. In der statistischen Beschreibung zeichnen sich Lévy-Systeme dadurch aus, dass sich - je nach genauer Gestalt der Verteilung - singuläre Werte für Mittelwert oder höhere statistische Momente ergeben. Schon jetzt mag das Interesse geweckt sein, einen Blick in das Buch zu werfen, um mehr über diese statistische Gesetzmäßigkeiten zu erfahren, die auf überraschend vielen Gebieten in den Natur- und Wirtschaftswissenschaften Anwendungen besitzen.

Das Buch spricht kurz einige dieser Fälle zum besseren Verständnis der Lévy-Statistik an, aber im Fokus steht ihre Anwendung auf zwei Meilensteine der optischen Kühlverfahren von Atomen, der Raman-Kühlung und der Kühlung basierend auf induzierter Transparenz. Die Lévy-Statistik erlaubt es hier, die Kühltechniken zu analysieren bzw. zu optimieren.

Das Buch erklärt eingängig die notwendigen Grundbegriffe der Kühlmethoden, für Details wird der Leser jedoch auf die einschlägige Literatur verwiesen. Für den statis tischen Physiker schlägt das Buch die intuitive Brücke der mikroskopischen Beschreibung der Wechselwirkung des Atoms mit dem Licht, bei der der spontane Zerfall zu einem Zufallsmarsch des Atoms im Impulsraum führt. Es mag ihm als Fallbeispiel dienen bzw. als experimentelle Verifikation einer Theorie von Interesse sein. Das Buch kann ich jedem, der an Laserkühlung und ihrer statistischen Beschreibung interessiert ist, uneingeschränkt empfehlen. Theoretische Formeln werden durch Erklärungen motiviert, sodass auch für den Experimentalphy siker die interessanten Aspekte nicht durch formale Gesichtspunkte überdeckt werden. Es ist eine schlüssige Zusammenfassung früherer, teilweise unveröffentlichter Forschungsresultate auf diesem Gebiet der Laserkühlung. Die Aktualität der Arbeiten liegt dabei in ihrer Bedeutung für neue Kühlmethoden, wie dem Quenchkühlen, oder auf Vielteilcheneffekten.
Dr. Ernst Rasel, Institut für Quantenoptik, Universität Hannover