Forscher weisen erstmals Spin-Symmetrie bei Atomen nach

24. August 2014, 15:07
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Experiment zeigt, dass die einfachsten Wechselwirkungen von Atomen unabhängig von ihrem Spin-Zustand sind

Innsbruck/Wien - Physiker der Universität Innsbruck und des Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) in Boulder (US-Bundesstaat Colorado) vermelden einen Erfolg aus der Quantenphysik: Ìhnen ist es erstmals gelungen, in einem Quantensystem eine Symmetrie bei den magnetischen Eigenschaften von Atomen - konkret ihrem Eigendrehimpul (Spin) - nachzuweisen. Dies berichten sie aktuell im Fachblatt "Science".

Für ihr Experiment verwendeten die Forscher die weltweit präziseste und stabilste Atomuhr. In dieser werden rund 600 bis 3.000 Strontium-Atome in einer Falle aus Laserlicht gehalten.

Der Drehimpuls dieser Strontium-Atome kann zehn verschiedene Zustände einnehmen und damit das magnetische Verhalten der Teilchen beeinflussen. Mittels eines hochstabilen Lasers kann der Spin dieser Atome ganz nach Wunsch präpariert werden, erklärte die theoretische Physikerin Christina Kraus von der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften, die an der Arbeit beteiligt war.

Stabile Wechselwirkungen

Die Wissenschafter beobachteten in dem Experiment, wie sich die Atome - abhängig von ihrem jeweiligen Spin - bei Zusammenstößen verhalten. Es zeigte sich, dass die Zusammenstöße von zwei Atomen mit gleichem Spin schwach waren und die Stärke der Kollision nicht davon abhing, welchen der zehn möglichen Spin-Zustände die Atome hatten.

Die Zusammenstöße von zwei Atomen mit unterschiedlichem Spin waren deutlich stärker als bei jenen mit gleichem Spin, erfolgten aber auch bei diesen Kollisionen immer mit der gleichen Stärke. Diese Spin-Symmetrie bedeutet also, dass die einfachsten Wechselwirkungen von Atomen unabhängig von ihrem Spin-Zustand sind.

Von den neuen Erkenntnissen erwarten sich die Forscher ein besseres Verständnis von Phänomenen, wo der Atom-Spin eine wichtige Rolle spielt; etwa bei der Supraleitung oder dem Riesenmagnetowiderstand (GMR-Effekt). (APA, 24.8.2014)

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