Innsbruck: Erstmals ultrakalte Moleküle im Bose-Einstein- Kondensat beobachtet

21. August 2003, 20:00
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Bisher konnten nur Atome in diesen Zustand versetzt werden

Wien - Physikern des Instituts für Experimentalphysik der Universität Innsbruck um Rudolf Grimm ist es erstmals gelungen, ultrakalte Moleküle zu beobachten, die in einem so genannten Bose-Einstein-Kondensat (BEC) aus Cäsium-Atomen erzeugt wurden. "Es deutet alles darauf hin, dass sich die erzeugten Moleküle ebenfalls im BEC befinden, ein Beweis steht allerdings noch aus", so der Physiker. Bisher konnten nur Atome in diesen Zustand versetzt werden. Das BEC erlaubt völlig neue Einblicke in die Natur der Materie, die Arbeiten der Innsbrucker Wissenschafter wurden in der Fachzeitschrift "Science" veröffentlicht.

BEC gilt als eigener Zustand der Materie wie flüssig, fest, gasförmig oder der Zustand des Plasmas, bei dem sich Atomkerne von den Elektronen trennen. BEC tritt nur bei extrem tiefen Temperaturen um den absoluten Nullpunkt auf. Erst seit wenigen Jahren verfügen die Wissenschafter über das nötige Know-how, solche Temperaturen - und damit BEC - herzustellen.

Vor rund acht Jahren gelang es erstmals, Bose-Einstein-Kondensat herzustellen. Anfangs mit relativ leichten Elementen wie Natrium, Rubidium, Lithium, Kalium oder Helium sorgten die Wissenschafter um Grimm im Vorjahr für Aufsehen, als sie schwere Cäsium-Atome ins BEC versetzten.

Vergleich

Der Zustand des BEC ist am ehesten mit Laserlicht zu vergleichen. Wie beim Laser Lichtteilchen gleichsam ihre Identität aufgeben und im völligen Gleichschritt mit ihren Nachbaren schwingen, gibt sich im BEC Materie dem absoluten Gleichklang hin. Die Teilchen besitzen nur noch wenig Energie, sie müssen nur mit minimalen Kräften in Fallen gehalten werden. Rührt man sie mit einem - geeigneten - Löffel um, so geht das ohne jede Reibung vonstatten. Die Physiker nennen dies "Superfluidität". Es werden Phänomene sichtbar, wie sie sonst nur in starken Teilchenbeschleunigern bei hohen Energien zu beobachten sind.

Die Herstellung der Moleküle im BEC aus Cäsiumatomen bei einer Temperatur von einem Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt gelang durch Ausnutzung von quantenmechanischen Schwingungen, die mit Magnetfeldern erzeugt wurden. So wurden Moleküle aus je zwei Cäsium-Atomen zusammengesetzt. "Zu Beginn sind Atome und Moleküle noch vermischt, ebenfalls durch Magnetfelder können wir die beiden Wolken von einander trennen."

Die große Frage, der die Physiker nun nachgehen, ist, ob sich auch die Moleküle im BEC, also im absoluten Gleichklang, befinden. Damit könnten ähnlich wie an den Atomen völlig neue Einsichten über das Verhalten von Molekülen gewonnen werden. Mittlerweile hat ein weltweiter Wettlauf um die Herstellung von BEC aus Molekülen eingesetzt. Die Innsbrucker Forscher sind jedenfalls an vorderster Front dabei. (APA)

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