22.09.2009

Bose-Einstein-Kondensat mit Calciumatomen hergestellt

Die Verwendung von Erdalkali-Atomen schafft neue Möglichkeiten für Präzisionsmessungen, beispielsweise zur Bestimmung von Gravitationsfeldern.

Die Verwendung von Erdalkali-Atomen schafft neue Möglichkeiten für Präzisionsmessungen, beispielsweise zur Bestimmung von Gravitationsfeldern.

Der Physiker und Nobelpreisträger Wolfgang Ketterle beschrieb es einmal als „Identitätskrise“ der Atome: Fängt man Atome in einer Falle und kühlt sie auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt, kondensieren sie – ähnlich wie Dampf zu Wasser – und nehmen einen völlig neuen Zustand an: Sie werden ununterscheidbar. Dieser kollektive Zustand heißt nach seinen geistigen Vätern Bose-Einstein-Kondensat. Physikern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) ist es nun gelungen, ein Bose-Einstein-Kondensat aus dem Erdalkalielement Calcium herzustellen.

Dazu wurden 2 · 106 in einer magneto-optischen Falle vorgekühlte Calciumatome mit einer Temperatur von 20 µK in eine optische Pinzette geladen. Durch Abschwächen der Haltekraft verdampfen heiße Atome, wodurch die übrig bleibenden Atome gekühlt werden. Bei einer Temperatur von typischerweise 200 nK wird die kritische Temperatur mit 105 Atomen erreicht. Davon können etwa 2 · 104 Atome zu einem reinen Kondensat gekühlt werden.

Abb.  Bose-Einstein-Kondensat aus rund 20 000 Calciumatomen. (Bild: PTB)

Die Wellenmuster angeregter Bose-Einstein-Kondensate reagieren sehr empfindlich auf ihre Umgebung. So lassen sich durch Untersuchung dieser Muster hochempfindliche interferometrische Sensoren erzeugen, mit denen man z.B. Magnetfelder oder Gravitation messen kann. Für die Manipulation und Anregung von Kondensaten wird Licht verwendet. Alle bisher erzeugten Bose-Einstein-Kondensate haben einen gemeinsamen Nachteil: Ihre breiten optischen Übergänge lassen keine Präzisionsanregungen zu. Bei Bose-Einstein-Kondensaten aus Erdalkaliatomen (z.B. Calcium und Strontium, die beide an der PTB auf ihre Eignung als optische Uhren untersucht werden) bieten deren schmalbandige optische Übergänge neue Möglichkeiten für Präzisionsuntersuchungen. Denkbar ist deren Einsatz auf Satelliten z.B. durch Geophysiker, die die Verformung der Erde und damit die Veränderung der Gravitation erforschen.

PTB/KP

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 KP

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