Laser bringen Atomwolken fast zum absoluten Nullpunkt
	Atome werden durch geschickten Einsatz von Lasern in Wellentälern abgebremst
	Am Max-Planck-Institut für Quantenoptik bringen fein ausgetüftelte Laserstrahlgänge kleine Atomwolken fast auf den absoluten Nullpunkt. Atome werden durch den geschickten Einsatz von Lasern in den Wellentälern abgebremst - und die Geschwindigkeit eines Atoms oder Moleküls ist im Prinzip nicht anderes als seine Temperatur. So erzielen die Physiker eine Temperatur, die nur noch ein Hunderttausendstel Grad vom absoluten Nullpunkt entfernt ist - der Temperatur von minus 273 Grad Celsius.

Ein normales Thermometer funktioniert bei so tiefen Temperaturen schon lange nicht mehr; deswegen können die Wissenschaftler in Garching nur ausrechnen, wie kalt das Gas gerade ist. So kommen einige 1000 Atome auf wenige Millikelvin über dem absoluten Nullpunkt. "Noch ein wenig tiefer kommt man, wenn die Atome in der Art und Weise kühlt, mit der man auch einen Kaffee kühler bekommt - durch Pusten", schildert Philipp Treutlein vom Lehrstuhl des Nobelpreisträgers Theodor Hänsch, der auch einen Lehrstuhl an der Uni München leitet. Natürlich könne man nicht einfach darüber pusten, aber im Prinzip entfernt man einfach geschickt die heißesten Atome, die noch in der Atomwolke sind, und arbeitet mit dem Rest weiter. Der lagert sich um, und im Endeffekt hat man wieder ein paar heißere Atome, die man entfernen könne. So gelange man dann gar bis zum Bose-Einstein-Kondensat. Die Quantenmechanik sagt, dass Teilchen eigentlich keine festen, nahezu punktförmigen Gestalten sind, sondern "unscharf" verwischt. Das Phänomen trifft aber nur für kleine und einzelne Teilchen zunächst einmal zu, so dass wir in der uns bekannten Welt davon nichts bemerken. Doch es gibt einen Schritt zwischen einem einzelnen Teilchen und einem größeren Block Materie: die Bose-Einstein-Kondensate, "Klümpchen" aus mehreren Atomen, die sich eigentlich kaum quantenunscharf verhalten sollen, es aber tun. Durch die Bose-Einstein-Kondensate lassen sich quantenmechanische Phänomene sichtbar machen, da man nicht mehr mit einzelnen Atomen oder Elektronen arbeiten muss, sondern an Objekten arbeitet, die bereits makrospisch sichtbar werden können. Der Phasenübergang zwischen Teilchen und quantenmechanisch-berührter Teilchenanhäufung wurde bereits 1925 von Albert Einstein postuliert. Der Beweis erfolgte jedoch erst 70 Jahre später, als die Gase auf weniger als ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden können. Mittlerweile wurden Bose-Einstein-Kondensate mit mehr als eine Milliarde Atomen erzeugt, die immerhin eine Ausdehnung von einigen hundert Mikrometern erreichen. Außerdem haben Forscher um Theodor Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die ultraschnellen Schwingungen von Lichtwellen zählen lassen. Der elegante Laser-Trick löst ein Jahrzehnte altes Problem der Physik und soll Atomuhren bis zu tausend Mal genauer gehen lassen als bislang. Das ist unter anderem für Nachrichtentechnik und Satellitennavigation von großer Bedeutung.

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13.02.2007 / mm

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