24.01.2011

Bislang leichtestes Kondensat aus Teilchen realisiert

Polaritonen-Gas bildet auch außerhalb des stationären Zustands Bose-Einstein-Kondensation.

Polaritonen-Gas bildet auch außerhalb des stationären Zustands Bose-Einstein-Kondensation.

Physikern der Technischen Universität Dortmund ist es in Kooperation mit Würzburger Kollegen gelungen, das bislang leichteste Bose-Einstein-Kondensat aus materiellen Teilchen herzustellen, das bereits bei einigen Kelvin betrieben werden kann.

Bei der Bose-Einstein-Kondensation gehen Gase aus ultrakalten Atomen in einen kollektiven Quantenzustand über, in dem sie alle dieselben Eigenschaften aufweisen. 1995 wurde experimentell das erste atomare Bose-Einstein-Kondensat demonstriert - bei extrem tiefen Temperaturen von unter einem millionstel Kelvin. Um die Kondensationstemperatur zu erhöhen, verfolgen Physiker weltweit seit einigen Jahren den Weg, möglichst leichte Teilchen zur Kondensation zu bringen, indem sie materiellen Teilchen Licht beimischen. In einem Mikroresonator entstehen dabei neue Teilchen: die Polaritonen. Für solche Polaritonen konnte 2006 erstmalig die Ausbildung eines Kondensats bei ungefähr -270°C beobachtet werden. Die zur Kondensation gebrachten Teilchen, die durch einen intensiven Laserstrahl erzeugt werden, leben allerdings nur einige billionstel Sekunden.

Bei einem Polaritonen-Kondensat handelt es sich um einen Nicht-Gleichgewichtsprozess, weshalb es auch extern mit dem Laser gepumpt werden muss. Das Polaritonen-Gas befindet sich selbst in einem Gleichgewichtszustand, nicht aber im thermischen Gleichgewicht mit dem Gitter. Daher weicht es von den thermodynamischen Phasenübergängen ab, die bei Kondensaten aus Atomen beobachtet werden. Die Wissenschaftler um Marc Aßmann und Manfred Bayer haben nun überprüft, was passiert, wenn sie die Masse der Polaritonen noch weiter reduzieren, indem sie besonders viel Licht zumischen, wobei die Lebensdauer dieser Teilchen noch kürzer wird. Auf Gurnd der schnellen Zerfallszeiten konnte sich dabei kein stationärer Zustand bilden. Obwohl das Polaritonen-Gas nicht mehr die Gleichgewichtsbedingung erfüllte, zeigten sich klare Hinweise auf eine Kondensation. Damit ist in dem Experiment das leichteste bisher bekannte Kondensat mit Polaritonen erzeugt worden. Den Physikern gelang zudem der Nachweis, dass das Kondensat eine Super-Flüssigkeit darstellt, in der Teilchen ohne jegliche Reibung fließen können.

TU Dortmund / MH

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