Stabiles Bose-Einstein-Kondensat ermöglicht dauerhaften Atom-Laser

Christian Kahle, 22.06.2022 17:20 Uhr 2 Kommentare
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Physiker haben es geschafft, einen Atomstrahl zu erzeugen, der sich wie ein Laser verhält und theoretisch "ewig" in Betrieb bleiben kann. Von einem solchen träumen die Entwickler von Präzisionstechnologie schon seit geraumer Zeit. In der Theorie existiert das Konzept des Atomlasers schon relativ lange. Wichtige Grundlagen hierzu wurden bereits 1996 am MIT geschaffen. In der Praxis gab es jedoch so manche Probleme zu überwinden. So besteht eine Basis des Atomlasers aus einem Materiezustand, der als Bose-Einstein-Kondensat (BEC) bezeichnet wird. Ein BEC entsteht, indem man eine Wolke von Bosonen auf einen Wert knapp über dem absoluten Nullpunkt abkühlt. Bei solch niedrigen Temperaturen sinken die Atome auf ihren niedrigstmöglichen Energiezustand, ohne dabei vollständig zu erstarren.

Wenn die Atome diesen Zustand erreichen, können die Teilchen nicht mehr über ihre Quanteneigenschaften miteinander interferieren. Sie bewegen sich dann nahe genug zueinander, um sich gewissermaßen zu überlappen, was zu einer hochdichten Atomwolke führt, die sich wie ein "Superatom" oder eine Materiewelle verhält. BECs sind jedoch eine Art Paradoxon. Sie sind sehr zerbrechlich - selbst Licht kann sie zerstören. Da die Atome in einem BEC mit optischen Lasern gekühlt werden, bedeutet dies in der Regel, dass die Existenz nur von kurzer Dauer ist. Daher konnten bisher nur Atomlaser gebaut werden, die kurze Pulse abgaben, aber eben keinen kontinuierlichen Strahl.

Basis für kommende Experimente

Forscher der Universität Amsterdam haben daher auf ein anderes Kühlkonzept gesetzt. Sie lassen zu, dass sich die Atome bewegen und sorgen dafür, dass sie mehrere Abkühlungsschritte durchlaufen. "Am Ende erreichen die ultrakalten Atome das Herzstück des Experiments, wo sie zur Bildung kohärenter Materiewellen in einem BEC verwendet werden können. Doch während diese Atome verbraucht werden, sind bereits neue Atome auf dem Weg, um das BEC wieder aufzufüllen. Auf diese Weise können wir den Prozess in Gang halten - im Grunde für immer", erklärte der Physiker Florian Schreck.

"Diese Demonstration des Prinzips liefert einen neuen, bisher fehlenden Teil der Atomoptik, der den Bau von Geräten für kontinuierliche kohärente Materiewellen ermöglicht", führte er weiter aus. Die damit geschaffenen Atomlaser sind eine wichtige Grundlage für kommende physikalische Experimente und Messinstrumente. Unter anderem will man sie in Gravitationswellen-Detektoren einsetzen.

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