Kondensiertes Licht
Wärmekapazität von Photonen in Bose-Einstein-Kondensat bestimmt – mögliche Anwendung als präzises Thermometer.
Wasserdampf wird unter 100 Grad Celsius flüssig – er kondensiert. Bei diesem Phasenübergang ändern sich sprunghaft bestimmte thermodynamische Eigenschaften des Wassers. Beispielsweise kann es auf einen Schlag doppelt so viel Wärmeenergie speichern wie noch im gasförmigen Zustand. Auch Photonen können unter geeigneten Bedingungen kondensieren, wenn man sie weit genug abkühlt. Viele tausend dieser Lichtpakete verschmelzen dann plötzlich zu einer Art Super-
Abb.: Ein Team um Martin Weitz von der Universität Bonn hat die Temperatur eines Gases aus Licht gemessen, wenn es kondensiert. (Bild: T. Damm)
Physiker der Universität Bonn konnten nun zeigen, dass sich das Photonengas bei diesem Phasenübergang gemäß den theoretischen Vorhersagen von Bose und Einstein verhält: Ähnlich wie Wasser ändert es sprunghaft seine Wärmekapazität, also die Fähigkeit, thermische Energie zu speichern. „Dieses Verhalten kannte man bereits von kondensierenden Atomen”, erklärt Martin Weitz vom Institut für Angewandte Physik. „Es ist aber das erste Mal, dass dieses Phänomen für ein Kondensat aus Licht nachgewiesen wurde.”
Auch Atome bilden ein Bose-
Die Wärmekapazität eines Stoffes berechnet sich aus der Energie, die nötig ist, um ihn um ein Grad zu erwärmen. Üblicherweise misst man dazu die Temperatur der Substanz vor und nach Zuführung einer definierten Wärmemenge. Mit einem Thermometer lässt sich die Temperatur eines Gases aus Licht jedoch nicht messen. Allerdings ist das auch gar nicht nötig. „Um die Temperatur des Gases zu bestimmen, muss man lediglich die unterschiedlichen Wellenlängen der Lichtteilchen kennen – die Verteilung ihrer Farben”, sagt Klärs. Und diese lässt sich mit den heute verfügbaren Methoden extrem genau ermitteln.
„Unsere Ergebnisse für die Änderung der Wärmekapazität beim Übergang vom Photonengas zum Bose-
U. Bonn / DE