Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

514 R. GROSS Kapitel 13: QuantenstatistikAbbildung 13.9: Originalartikel zum Plancksches Gesetz und Lichtquantenhypothese, der 1924 in derZeitschrift für Physik erschien. Ebenso gezeigt sind Satyendra Nath Bose (links) und er Übersetzer desArtikels, Albert Einstein (rechts).ein Teil kondensiert, der Rest bleibt ein gesättigtes ideales Gas...”. Es ist wohl kein Zufall, dass sich derVergleich zwischen klassischer und quantenmechanischer Gastheorie und die Beschreibung jenes Kondensationsphänomensin derselben Abhandlung befinden, denn tatsächlich ist das Konzept der Ununterscheidbarkeitgleichartiger Teilchen eine notwendige Voraussetzung für die Bose-Einstein-Kondensation.Einsteins berühmte Veröffentlichung basierte also auf derjenigen von Bose. Sie erschien ungefähr einJahr vor der Entwicklung der Quantenmechanik. Es war das erste Mal, dass sich jemand auf de Brogliesneue Idee der Materiewellen bezog oder sie verwendete. Einstein war 46 Jahre alt, als er dieses Paperveröffentlichte. Soviel man weiß, publizierte er keine weiteren Kommentare darüber bzw. über diesesThema.Bose und Einstein wiesen darauf hin, dass es nicht nur möglich ist, dass zwei oder mehr Bosonen denselbenQuantenzustand besetzen können, sondern dass Bosonen es vielmehr vorziehen, denselben Quantenzustandeinzunehmen. Sie sagten voraus, dass bei einer endlichen Temperatur T BEC fast alle Teilchen einesbosonischen Systems den Grundzustand besetzen, sobald sich ihre Wellenfunktionen überlappen. Füreinige Zeit wurde diese Vorhersage als mathematischer Artefact oder gar Fehler abgetan. Dann realisierteaber Fritz London, als er suprafluides Helium untersuchte, dass der Phasenübergang zu suprafluidemHelium als Bose-Einstein-Kondensation interpretiert werden kann. Die Analyse von flüssigem Heliumwar allerdings schwierig, da es sich hier um ein stark wechselwirkendes bosonisches System handelt.Für viele Jahre versuchten dann viele Wissenschaftler, ein Bose-Kondensat in einem weniger komplziertenSystem zu erzeugen. Es zeigte sich, dass eine Laser-Kühlung kombiniert mit einer hochfrequenzinduziertenVerdampfungskühlung in magnetischen Fallen der Schlüssel zum Erfolg war. Im Sommer 1995wurde erstmals die erfolgreiche Bose-Einstein-Kondensation von Alkaliatomen ( 87 Rb bzw. 23 Na Atomemit einer Dichte von etwa 10 14 /cm 3 ) von Wissenschaftlern am JILA, Boulder (Eric A. Cornell und CarlE. Wieman) und am MIT, Boston (Wolfgang Ketterle) berichtet. Für ihre Beiträge zur Bose-Einstein-Kondensation in verdünnten Gasen von Alkaliatomen und für die ersten grundlegenden Untersuchungender Eigenschaften des Kondensats erhielten diese Wissenschaftler im Jahr 2001 den Nobelpreis für Physik(siehe Abb. 13.10).13.4.2 Temperatur der Bose-Einstein KondensationWir haben bereits in Abschnitt 12.4.2 und 13.2.5 diskutiert, dass bei hohen Temperaturen und kleinenDichten ein Gas von Atomen klassisch behandelt werden kann. In diesem Grenzfall ist der mittlere Abc○Walther-Meißner-Institut