Physikern gelang erstmals Messung mit Atom-Laser

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	Physikern gelang erstmals Messung mit Atom-Laser
		Bisher hielt man Messungen mit Atom-Lasern für unmöglich, weil sich die Atome eines Materiewellen-Lasers gegenseitig beeinflussen. Innsbrucker Forscher haben diese Wechselwirkung nun ausgeschaltet.

Durch die Verwendung eines ultrakalten Quantengases (eines sogenannten Bose-Einstein-Kondensats, BEC) in Kombination mit optischen Gittern war die Messung erfolgreich.

	Die Studie "Control of Interaction-Induced Dephasing of Bloch Oscillations" ist in den "Physical Review Letters" erschienen (doi:10.1103/PhysRevLett.100.080404).
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Atome werden eingefangen

Im BEC, einem Materiezustand nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius), schwingen die Atome nicht unkoordiniert und zufällig, sondern im völligen Gleichklang. Damit war aber das Problem noch nicht gelöst: Denn dieser besondere Gleichschritt der ultrakalten Atome bedeutet nicht, dass sie sich nicht gegenseitig beeinflussen - womit sie außer Tritt kommen.

Aus diesem Grund haben die Wissenschafter des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck die Wechselwirkung in einem ultrakalten Quantengas aus Cäsiumatomen mit einem Trick unterdrückt: Sie verwendeten dazu unter anderem optische Gitter, bei denen die einzelnen Atome in den "Löchern" eines durch herkömmliches Laserlicht hergestellten Gitters eingefangen werden.

Bloch-Oszillation

Damit haben die Forscher um Hanns-Christoph Nägerl, der 2003 mit dem höchsten österreichischen Nachwuchspreis für Wissenschaftler, dem Start-Preis, ausgezeichnet wurde, eine sogenannte Bloch-Oszillation in einem BEC beobachtet.

Dieses quantenmechanische Phänomen wurde von Theoretikern schon früh vorhergesagt. Demnach würde in einem idealen, störungsfreien Draht kein Strom fließen, wenn man eine Spannung anlegt. Denn die Elektronen im Kristallgitter eines solch perfekten Festkörpers schwingen nur um eine Ruhelage ohne sich fortzubewegen. Diese Bloch-Schwingung wurde in den 1990er-Jahren erstmals in speziellen Halbleiterstrukturen experimentell beobachtet.


	Auf und ab über zehn Sekunden lang beobachtet
		Laut Nägerl sind die Innsbrucker Physiker die weltweit einzigen, die die Wechselwirkung der Atome in dieser Perfektion unterdrücken können. In einem so "gezähmten" BEC werden die Atome durch die Schwerkraft beschleunigt, bis sie an einem bestimmten Punkt abrupt abgebremst und wieder zurückgeworfen werden. Dieses Auf und Ab (siehe Bild oben), also die Bloch-Oszillation, können die Forscher über zehn Sekunden lang beobachten, "in der Welt der Quantenphysik ist das eine halbe Ewigkeit", sagte Nägerl.

BEC wurde zum Atom-Laser

Das BEC wird damit zum Atom-Laser, der etwa zur noch genaueren Bestimmung von Naturkonstanten oder von fundamentalen Größen verwendet werden könnte.

So ließe sich laut Nägerl die lokale Gravitationskonstante exakt bestimmen oder die Feinstrukturkonstante, welche die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung angibt, in bisher unerreichter Genauigkeit messen.

[science.ORF.at/APA, 3.3.08]


	Hanns-Christoph Nägerl