Flackern von Superphotonen nachgewiesen
Intensitäten photonischer Bose-Einstein-Kondensate ändern sich schnell und drastisch.
Die Herstellung eines Bose-Einstein-Kondensats aus Photonen wurde theoretisch vorhergesagt und gelang erstmals der Arbeitsgruppe um den Bonner Physiker Martin Weitz Ende 2010. Diese Superphotonen verhalten sich in vielen Aspekten wie Laserlicht. Mit einem wichtigen Unterschied: Laser strahlen sehr gleichmäßig. Photonische Bose-Einstein-Kondensate können dagegen flackern – so sagt es zumindest die Theorie voraus. Diese Voraussage konnten die Bonner Physiker nun experimentell bestätigen.
Abb.: Die Intensität des Superphotons schwankt umso stärker, je mehr Farbstoffmoleküle zur Kühlung eingesetzt werden. (Bild: AG Prof. Weitz, U. Bonn)
Die Superphotonen flackern extrem schnell: Ihre Intensität ändert sich viele hundert Millionen Mal pro Sekunde. „Das ist auch ein fundamentaler Unterschied zu atomaren Bose-Einstein-Kondensaten“, betont Weitz. Um Atome zu kondensieren, muss man sie sehr stark abkühlen und genügend von ihnen auf kleinem Raum konzentrieren. Dies macht sie plötzlich ununterscheidbar: Sie verhalten sich wie ein einziges riesiges „Superteilchen“. Solange dieses Superteilchen existiert, enthält es immer dieselbe Menge an Atomen.
Die Herstellung eines Superphotons funktioniert ähnlich: Man sperrt eine Menge Lichtquanten auf kleinem Raum zusammen und kühlt sie gleichzeitig ab. Die Kühlung erfolgt beispielsweise durch Zugabe von Farbmolekülen. Diese verschlucken „warme“ Lichtteilchen und spucken sie anschließend gekühlt wieder aus.
Abb.: In dieser Kammer wird das photonische Bose-Einstein-Kondensat erzeugt. (Bild: AG Weitz, U. Bonn)
Auch wenn sich das Superphoton bereits gebildet hat, dauert dieser Prozess an: Immer wieder kollidieren einzelne Lichtpartikel aus mit den Farbstoff-Molekülen, werden von ihnen verschluckt und anschließend wieder ausgespuckt. Das photonische Bose-Einstein-Kondensat besteht also in einem Moment aus 10.000 Lichtpartikeln, ein paar Milliardstel Sekunden später vielleicht nur noch aus 1000 und wieder später aus 17.000. Diese starken Schwankungen beobachtet man aber nur, wenn sehr viele Farbstoff-Moleküle vorhanden sind.
Das Flackern der Superphotonen eröffnet auch neue technologische Möglichkeiten. Momentan wird bei der Erzeugung feiner Strukturen häufig Laserlicht eingesetzt. Dabei kann es zu unerwünschten Interferenzen kommen. „Photonische Bose-Einstein-Kondensate interferieren deutlich weniger miteinander“, sagt Weitz.
U. Bonn / AH
