Quantensprünge auf der Waage und im Zeitraffer 

Hallendes Vakuum und heiße Bose-Einstein-Kondensate

Das Quantenvakuum ist eines der rätsel­haftesten Phänomene der modernen Physik. Vakuumfluktuation erzeugen normalerweise nur winzige, kaum nachweisbare Effekte. In speziellen Halbleiter­strukturen lassen sich diese aber verstärken. Beim Ausschalten der Kopplung von Licht- und Materiefeldern führt dies zu einem Nachhallen des Quantenvakuums. Damit könnten sich künftig quantenchemische Prozesse beeinflussen lassen. Und fliegt man beschleunigt durch das Quantenvakuum, so befindet man sich plötzlich in einem Wärmebad voller Teilchen. Dieser Unruh-Effekt ist mit der Hawking-Strahlung von schwarzen Löchern verwandt. Nach einem interes­santen theoretischen Vorschlag könnte dieser Effekt in Bose-Einstein-Kondensaten verwirklicht werden. Denn während diese Kondensate bislang üblicher­weise bei extrem tiefen Temperaturen existieren, könnten derartige Experimente in Zukunft einfacher werden. In einem schnell gekühlten Magnongas entsteht ein Bose-Einstein-Kondensat bei Raum­temperatur. Dabei stellt sich das Kondensat von selbst ein, ohne dass man seine Entstehung forcieren muss.

Es ist eine bereits fünfzig Jahre alte Vermutung, dass die elektrische Ladung eines Elektrons und sein Spin sich in einer lediglich eindimen­sionalen Quantenwelt voneinander trennen lassen. Dass dies auch der Realität entspricht, konnten Forscher nun mit Hilfe eines Quanten­simulators experimentell bestätigen. In einer Kette aus Atomen wanderten Ladungs- und Spinstörungen getrennt voneinander und sogar in entgegen­gesetzte Richtungen. Ladung und Spin waren völlig unabhängig voneinander, was zu interessanten Anwendungen in der Quanten­informations­verarbeitung führen könnte. Ein anderes Team konnte in Halbleiter-Nanopunkten den strahlenden Auger-Prozess bestätigen, der bislang ebenfalls nur theoretisch vorhergesagt war. Auch das ist interessant für die Quantenkommunikation, weil sich damit die quanten­mechanischen Energieniveaus von Quantenpunkten präzise charakterisieren lassen. Und Josephson-Oszillationen sind nicht auf Supraleiter beschränkt, sondern lassen sich auch in einem zweidimensionalen Fermigas beobachten. Dies gelang Forschern anhand einer Atomwolke aus nur wenig tausend Atomen, die bei Temperaturen von wenigen Mikrokelvin supraflüssig wurde. Der Transport von gespeicherten Photonen in einer Atomwolke ist einem anderen Team geglückt. Die Forscher sperrten die Lichtteilchen in eine Wolke aus ultrakalten Rubidiumatomen und bewegten dieses Speichermedium anschließend über 1,2 Millimeter. Solche Photonen­förderbänder könnten künftig auch für die Quanten­informations­verarbeitung nützlich werden.