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Innsbruck (idw) - Physics World, das Magazin des britischen Institute of Physics (IOP), hat heute eine Liste
der zehn wichtigsten physikalischen Erfolge des Jahres 2013 veröffentlicht. Darin vertreten ist auch die weltweit
erste Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats durch reine Laserkühlung, die dem Experimentalphysiker Florian
Schreck und seinem Team am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie
der Wissenschaften in Innsbruck gelungen ist.
Als Mitte der 1990er-Jahre die ersten Bose-Einstein-Kondensate realisiert wurden, eröffneten die außergewöhnlichen
Eigenschaften dieser Quantengase einen neuen Weg für die Erforschung der Quantenwelt. Für die Herstellung
eines Bose-Einstein-Kondensats werden Atome in einer magnetischen Falle gefangen und mit einem Laser nahe an den
absoluten Nullpunkt bei -273,15 °C abgekühlt. Diese Methode stößt allerdings an Grenzen, weil
die von den Lasern ausgelösten Prozesse das Quantengas wieder erhitzen. Deshalb haben Experimentalphysiker
bisher zu einer zusätzlichen Methode gegriffen, um die Atome weiter abzukühlen und sie schließlich
in den außergewöhnlichen quantenphysikalischen Zustand der Ununterscheidbarkeit der Teilchen zu zwingen.
Bei dieser Verdampfungskühlung wurden die heißeren Teilchen aus der Falle entlassen und dadurch die
verbleibende Atomwolke immer stärker abgekühlt. Dadurch gehen allerdings bis zu 99 Prozent der Atome
verloren. Das Team um Florian Schreck aus der Arbeitsgruppe von Rudolf Grimm am Institut für Quantenoptik
und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck hat nun einen Weg gefunden,
wie auf diesen letzten Schritt verzichtet werden kann. Durch die neue Methode können die Physiker überdies
ihr Bose-Einstein-Kondensat ständig erneuern und ebnen so den Weg zum Bau eines kontinuierlichen Atomlasers.
Mit einem kleinen Trick zum Erfolg
„Wir haben für das Experiment das Element Strontium verwendet und verschiedene schon bekannte Ansätze
kombiniert“, sagt Florian Schreck, der Anfang Dezember mit seinem Team an die Universität Amsterdam übersiedelt
ist, wo er zum Professor berufen wurde. „Wir schufen in der optischen Dipolfalle, mit der wir unsere Atome fangen,
eine kleine Einbuchtung, in der das Potential höher ist“, erklärt der Physiker. „Dadurch ist die Dichte
der Teilchen an dieser Stelle größer. Dies würde normalerweise zu einer Verstärkung der negativen
Nebeneffekte des kühlenden Lasers führen. Mit einem zweiten Laser, der genau auf diese Einbuchtung im
Potential ausgerichtet ist, machen wir aber die Atome an dieser Stelle für den kühlenden Laser unsichtbar.
Die dicht aneinander gepackten Teilchen in der Einbuchtung thermalisieren nun mit der sie umgebenden lasergkühlten
Atomwolke. Dadurch, dass wir gleichzeitig eine hohe Dichte und eine niedrige Temperatur erreichen, entsteht in
der Einbuchtung des Potentials das Bose-Einstein-Kondensat.“
Dieses neue Verfahren ist einfacher, schneller und wesentlich effizienter als die bisherige Methode, die auf
Verdampfungskühlung angewiesen ist. „Wir hoffen, dass mit diesem neuen Ansatz Bose-Einstein-Kondensate noch
breiter eingesetzt werde können, zum Beispiel in zukünftigen Atomuhren oder Atomlasern“, blickt Florian
Schreck bereits in die Zukunft. Er selbst wird an der Universität Amsterdam versuchen, einen kontinuierlich
laufenden Atomlaser zu bauen. „Ein solcher Atomlaser könnte zum Beispiel für hochsensible Interferometrie
oder zum Bau einer optischen Atomuhr eingesetzt werden“, sagt der Physiker abschließend.
„Es ist sehr erfreulich zu sehen, wie auch unsere jüngeren Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bahnbrechende
Ergebnisse erzielen und international so begehrt sind“, freut sich IQOQI-Direktor Rudolf Grimm.
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