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Physik-Nobelpreis für Bose-Einstein-Kondensat

Anfang zu einem "Laserstrahl" mit Materie anstelle von Licht?

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften hat den Nobelpreis des Jahres 2001 in Physik an Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle und Carl E. Wieman für die Erzeugung der Bose-Einstein-Kondensation in verdünnten Gasen aus Alkaliatomen und für frühe grundsätzliche Studien über die Eigenschaften der Kondensate vergeben.

Artikel veröffentlicht am ,

Ein Laserstrahl unterscheidet sich von gewöhnlichem Taschenlampenlicht auf mehrere Weise. Im Laser haben die Lichtpartikel teils gleiche Energie, teils schwingen sie im Takt. Lange ist es für die Forscher eine Herausforderung gewesen, auch Materie sich auf diese kontrollierte Art verhalten zu lassen. Den diesjährigen Nobelpreisträgern in Physik ist das gelungen; sie haben Atome dazu gebracht "unisono zu singen" und damit einen neuen Materiezustand, der Bose-Einstein-Kondensat (BEC) genannt wird, entdeckt.

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In Jahr 1924 führte der indische Physiker Bose wichtige theoretische Berechnungen über Lichtpartikel durch. Er schickte seine Ergebnisse an Einstein, der die Theorie auf einen gewissen Typ von Atomen ausweitete. Einstein sagte voraus, dass, wenn man ein Gas aus derartigen Atomen auf eine sehr geringe Temperatur abkühle, alle Atome sich plötzlich in dem niedrigst möglichen Energiezustand ansammeln würden. Der Prozess ähnelt dem, der abläuft, wenn Flüssigkeitstropfen aus einem Gas gebildet werden und wird deswegen Kondensation genannt.

Etwa 70 Jahre später, im Jahr 1995, gelang es nun den diesjährigen Nobelpreisträgern, diesen extremen Materienzustand herzustellen. Die Amerikaner Cornell und Wieman erzeugten ein reines Kondensat von ca. 2 000 Rubidiumatomen bei 20 nK (Nanokelvin), das ist 0,00000002 Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Unabhängig von Cornells und Wiemans Arbeiten führte der in Heidelberg geborene Ketterle entsprechende Experimente mit Natriumatomen durch. Die Kondensate, die er herstellen konnte, enthielten mehr Atome und konnten deswegen dazu verwendet werden, das Phänomen näher zu untersuchen. Mittels zwei separater BECs, die ineinander expandieren konnten, erhielt man sehr deutliche Interferenzmuster. Ketterle konnte auch einen Strahl von kleinen "BEC-Tropfen" erzeugen, die auf Grund der Schwerkraft herunterfielen. Dies könne als ein Anfang zu einem "Laserstrahl" mit Materie anstelle von Licht gesehen werden, so die Akademie.

Ketterle promovierte 1986 an der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching und ist heute Professor am MIT (Massachusetts Institute of Technology) in Cambridge. Cornell forscht am NIST (National Institute of Standards and Technology) und ist wie Wieman Professor an der University of Colorado in Boulder.

"Es ist interessant, über Anwendungsbereiche von BEC zu spekulieren. Die neue 'Kontrolle' über die Materie, die diese Technik bedeutet, wird umwälzende Anwendungen unter anderem bei Präzisionsmessungen und in der Nanotechnologie zur Folge haben", so die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften in ihrer Presseaussendung zur Nobelpreisvergabe.

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