Bose-Einstein-Kondensate und die Chaostheorie

21. Jänner 2013, 12:05
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Chaos kann wichtige Hinweise über den Zustand des Kondensats geben - Březinová erhält Hannspeter-Winter-Preis der TU Wien

Wien - Bei extrem niedrigen Temperaturen, knapp über dem absoluten Nullpunkt, können Atome zu einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) zusammenfrieren. Sie befinden sich dann gemeinsam im gleichen Energiezustand und bewegen sich im Gleichtakt - ein Effekt der beispielsweise auch für die Supraleitung verantwortlich ist. "Eigentlich ist das BEC der geordnetste Zustand, den man sich vorstellen kann - trotzdem zeigt sich in unseren Berechnungen, dass Chaos wichtige Hinweise über den Zustand des Kondensats geben kann", erklärte Iva Březinová vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität (TU) Wien. Sie bekommt für ihre Dissertation am Freitag den mit 10.000 Euro dotierten Hannspeter-Winter-Preis der TU Wien.

Der Einfluss winziger Unregelmäßigkeiten

Im Bose-Einstein-Kondensat verlieren die einzelnen Teilchen ihre Individualität, sie können nicht mehr getrennt voneinander betrachtet werden und vereinen sich zu einem einzigen großen Quantenobjekt. Die Forscherin verknüpfte in ihren Computersimulationen Quantenphysik und Chaostheorie und konnte berechnen, wie die Quanten-Wellen des Bose-Einstein-Kondensats durch winzige Unregelmäßigkeiten der Umgebung beeinflusst werden.

Bereits kleinste Störungen - etwa unregelmäßige elektromagnetische Felder - können die Bewegung der Quanten-Welle dramatisch verändern. "Zwei Quanten-Wellen, die zu Beginn fast völlig gleich aussehen, entwickeln sich chaotisch auf ganz unterschiedliche Weise, und nach einer gewissen Zeit ergeben sich völlig unterschiedliche End-Zustände", erklärte Březinová. Genau das sei das entscheidende Kennzeichen chaotischen Verhaltens: Winzige Unterschiede in den Anfangsbedingungen könnten riesige Auswirkungen haben und zu völlig unterschiedlichen Endzuständen führen. 

Bedeutung für die Stabilität

Das chaotische Verhalten der Quanten-Wellen hat eine wichtige Bedeutung für die Stabilität des BEC: "Ein wesentliches Problem bei Experimenten entsteht, wenn die Atome aufhören, sich im Gleichtakt zu bewegen. Das passiert genau dann, wenn einzelne Atome des Kondensats plötzlich mehr Energie bekommen, aus dem gemeinsamen Quanten-Zustand ausbrechen und das Kondensat verlassen", so die Forscherin. "Unsere Berechnungen zeigen, dass dieser Effekt dann eine wichtige Rolle spielt, wenn sich die Quanten-Welle des Bose-Einstein-Kondensats chaotisch verhält." (red, derStandard.at, 21.1.2013)

  • Iva Březinová erhält den Hannspeter-Winter-Preis der TU Wien.
    foto: tu wien

    Iva Březinová erhält den Hannspeter-Winter-Preis der TU Wien.

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