Zwischen Memphis und Theben: Die Gräber politischer Drahtzieher

werden: λ dB =h/mv, wobei h das Plank’sche Wirkungsquantum
ist, m die Masse des Teilchens und v
seine Geschwindigkeit repräsentiert. Je langsamer
ein Teilchen also ist, desto größer ist dessen Wellenzug
(siehe Abb. 1). Wie schnell ein Teilchen sich
bewegt, bestimmt jedoch auch seine Temperatur:
Heiße Teilchen sind sehr schnell, kalte sehr langsam.
Kühlen wir also z.B. Atome immer weiter ab, so werden
sie immer langsamer und die Größe der Wellenzüge
eines einzelnen Atoms steigt immer weiter an.
Sobald nun die Größe eines solchen Wellenzugs vergleichbar
mit dem mittleren Abstand zwischen zwei
Teilchen ist, passiert etwas Verblüffendes: Alle Atome
schwingen plötzlich im Gleichtakt und werden durch
einen einzigen Wellenzug beschrieben – das Bose-
Einstein-Kondensat ist geboren (siehe Abb. 1 und
Abb. 3). Dabei zeigt sich Materie in einem solchen
Bose-Einstein-Kondensat mit ausgeprägten Welleneigenschaften,
ähnlich zu denen von Laserlicht, und
man spricht daher auch von einer kohärenten Materiewelle.
Der Weg zum Bose-Einstein-Kondensat
Um diese neue Form von Quantenmaterie zu erzeugen,
ist jedoch ein hoher experimenteller Aufwand
nötig: Es müssen neue Kühlmethoden eingesetzt
werden, die es erlauben, bis zu Temperaturen nur
wenige millionstel Kelvin (K) über dem absoluten
Temperaturnullpunkt vorzustoßen. Wir starten dabei
mit einem Gas von Atomen, welches wir mit einer
revolutionären Kühltechnik, der so genannten Laserkühlung,
auf nur wenige 100 µK abkühlen. Dabei
bewegen sich die Atome in dem gefangenen ultrakalten
Gas mit nur wenigen Zentimetern pro Sekunde,
also wesentlich langsamer als sonst üblich mit
mehreren hundert Metern pro Sekunde bei Raumtemperatur.
Dazu strahlen wir sechs Laserstrahlen
aus entgegengesetzten Richtungen ein, die aufgrund
des Lichtdrucks wie eine Art Wind auf die Atome wirken.
Diese Kraftwirkung von Licht auf Materie zeigt
sich übrigens auch auf ganz makroskopischen Ska-
len: Bei der Umrundung von Kometen um die Sonne
zeigt der Schweif des Kometen immer von der Sonne
weg, da das Licht von der Sonne wie ein Wind auf die
Staubpartikel um den Kometen wirkt. Stellen wir nun
die Frequenz der Laserstrahlen genau in die Nähe
einer atomaren Resonanzfrequenz der Atome, so
bläst den Atomen ein Wind aus allen Richtungen entgegen
und sie können so stark abgebremst und
damit gekühlt werden.
Um zur Bose-Einstein-Kondensation vorzustoßen,
müssen wir die Gase jedoch noch weiter abkühlen.
Dazu benutzen wir ein einfaches Prinzip, das jeder
von uns im alltäglichen Leben anwendet, wenn er
einen zu heißen Kaffee serviert bekommt. Man bläst
Quelle: Philip-Morris-Stiftung
FORSCHUNGSMAGAZIN ■ 2004
QUANTENPHYSIK......
Abb. 2: In dieser Glaszelle mit Spulen
zur Erzeugung magnetischer Felder
werden die Bose-Einstein-Kondensate
erzeugt. Ein Ultrahochvakuum in der
Zelle dient dabei zur thermischen Isolation
der ultrakalten Quantengase
(mit nur wenigen millionstel Kelvin
über dem absoluten Temperaturnullpunkt)
von der Außenwelt bei Raumtemperatur.
Abb. 3: Experimentell beobachteter
Phasenübergang einer klassischen
Gaswolke zur Quantenmaterie des
Bose-Einstein-Kondensats. Bei einer
Temperatur knapp oberhalb der
kritischen Temperatur expandiert das
ultrakalte Gas in einer Gaußverteilung
(linkes Bild). Knapp unterhalb der kritischen
Temperatur wächst plötzlich
eine Spitze aus diesem Berg heraus –
das Bose-Einstein-Kondensat ist geboren
(mittleres Bild). Wird die Temperatur
noch weiter erniedrigt, so gehen
alle Atome in den Zustand des Bose-
Einstein-Kondensats über (rechtes
Bild).
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