Bose-Einstein-Kondensation: Innsbrucker Forscher verbinden Moleküle zu Supermolekülen

12. April 2005, 14:52
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Zwei Cäsiummoleküle mit Hilfe von Magnetfeld vereint

Innsbruck/Wien - Immer komplexer werden die Gebilde, die von Tieftemperaturphysikern in den Zustand des so genannten Bose-Einstein-Kondensats (BEC) versetzt werden können. 1995 wurde der neue Zustand der Materie mit Atomen verwirklicht, 2003 präsentierten Innsbrucker Wissenschafter um Rudolf Grimm, Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), erstmals Experimente mit Molekülen. Nun fügten die Forscher je zwei Moleküle zu so genannten vielteiligen Quantenclustern gleichsam Supermolekülen zusammen. Die Untersuchungen wurden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

BEC gilt als eigener Zustand der Materie wie flüssig, fest oder gasförmig. Das bereits Anfang des vorigen Jahrhunderts theoretisch vorhergesagte Kondensat tritt nur bei extrem tiefen Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) auf. Erst seit wenigen Jahren verfügen Wissenschafter über das nötige Know-how, um solch niedrige Temperaturen zu erzeugen.

Besonderheit

Das Besondere an dem Zustand ist, dass Teilchen im BEC gleichsam ihre Identität aufgeben und völlig im Gleichschritt mit ihren Nachbarn schwingen und funktionieren, erklärte Grimm gegenüber der APA. Sie werden gleichsam zu einem einzigen Superteilchen. Was auch Technologen zunehmend auf diese Grundlagenforschungen aufmerksam macht ist der Umstand, dass Teilchen im BEC Superfluidität besitzen: Würde man BEC mit einem geeigneten Löffel umrühren, so ginge das ohne jegliche Reibung vonstatten.

Die Physiker sind jedoch weniger an möglichen Anwendungen interessiert, sie geraten eher in Verzückung, wenn sie durch die im Gleichschritt marschierenden Teilchen erstmals die teils höchst seltsamen Phänomene der Quantenwelt makroskopisch sichtbar machen können. Was an einzelnen Teilchen nicht zu studieren ist, wird nun an dem im Gleichklang befindlichen Teilchen-Heer beobachtbar.

Magnetfelder

Grimm und seine Mitarbeiter verwenden dazu Magnetfelder, mit denen sie die Teilchen manipulieren und Atome zu Molekülen und - neuerdings - Moleküle zu Supermolekülen zusammenfügen. Dabei hängt etwa die Bindungsstärke jeweils von der Art und der Stärke des Magnetfeldes zusammen. Mit einer Hand am Drehschalter kann so der Experimentator jederzeit stufenlos die Bedingungen verändern und das Verhalten der Teilchen studieren.

Der Wissenschafter erhofft sich von seinen Experimenten vor allem neue Einsichten in die quantenmechanischen Grundlagen von chemischen Verbindungen. Für die erstmalige Verwirklichung von Quantenclustern verwendeten die Physiker Cäsiumatome. In einem ersten Schritt wurden zwei Cäsiumatome - wie schon bei den Aufsehen erregenden Experimenten 2003 - zu einem Molekül vereint und dann wiederum je zwei Moleküle zu Clustern verbunden. Der Wettlauf wird weitergehen, ist Grimm überzeugt. Weltweit versuchen Physiker-Gruppen immer kompliziertere Strukturen in den Zustand des BEC zu versetzen. (APA)

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    Rudolf Grimm

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