Paradox: Rubidium-Atome durch Abstoßung voneinander angezogen

15. Juni 2006, 19:30
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Österreichische Forscher weisen abstoßungsgebundene Paare nach: "Gleicht einem Molekül, nur die Bindungsenergie hat falsche Vorzeichen"

Wien - Anziehung durch Abstoßung - in der seltsamen Welt der Quanten geht sogar das. Physiker an der Universität Innsbruck und am Institut für Quantenoptik und Quantenkommunikation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) haben erstmals so genannte abstoßungsgebundene Paare von Rubidium-Atomen nachgewiesen. Die Experimente unter der Leitung von Rudolf Grimm und Peter Zoller wurden in der jüngsten Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Damit zwei Teilchen zusammenkommen, braucht es normalerweise irgendeine Art von anziehender Kraft. So ziehen positiv geladene Kerne (Protonen) und negativ geladene Elektronen einander über die elektromagnetische Kraft an, zwei Protonen wiederum bei entsprechend geringer Entfernung über die Kernkraft.

Modellrechnungen bestätigt

Doch in der Welt der Quanten, wo die Physiker immer wieder auf Phänomene stoßen, die dem Menschenverstand völlig zu widersprechen scheinen, gibt es auch hier Ausnahmen. So können Rubidium-Atome, die einander eigentlich abstoßen sollten, gerade durch die Abstoßung zu Paaren zusammenfinden. Was die Theoretiker um Zoller schon in Modellrechnungen kannten, wussten die Experimentatoren um Grimm nun erstmals nachzuweisen.

Sie kühlten die Atome dazu bis nahe an den absoluten Nullpunkt ab und erzeugten ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat, ein besonderer Materiezustand, in dem die Teilchen ihre Identität verlieren und quasi im Gleichschritt schwingen. Anschließend legten Sie ein dreidimensionales Gitter aus Laserstrahlen über die Atomwolke. Gleichsam in den Löchern des Gitters finden sich dann die Atome. Was anfangs als seltsame Signale bei der Auswertung gedeutet wurde, erwies sich nach Hinzuziehung der Theoretiker als Nachweis der Abstoßungsbindung. Überall an den Gitterplätzen, wo zwei Atome zu liegen kamen, bildete sich ein derartiges Paar.

Unter falschem Vorzeichen

"Es bildet sich ein stark korreliertes System, das sehr einem Molekül gleicht, nur die Bindungsenergie hat falsche Vorzeichen", erklärte dazu Experimentator Hecker Denschlag, Selbst wenn die Paare mit anderen Atomen zusammenstoßen, löst sich die seltsam anmutende Verbindung nicht auf. Die Erklärung der Theoretiker für den Zusammenhalt der Paare klingt ebenso eigenartig: Um die Paarung aufzugeben, müssten die Teilchen Positionen einnehmen, die nach den Quantengesetzen verboten sind; daher bleiben sie zusammen.

Abgesehen von der Bedeutung der Versuche für die Grundlagenforschung denken die Innsbrucker Wissenschafter weiter in Richtung Quantencomputer. Dort sind stets in irgend einer Form mit einander verknüpfte Teilchen gefragt, die dann etwa für Berechnungen herangezogen werden können. Laut Denschlag ist es vorstellbar, dass sich auch drei oder mehr Atome an einem Gitterplatz des Lasergitters zusammenfinden. (APA)

Link

Nature.com:
Repulsively bound atom pairs in an optical lattice
(gebührenpflichtiger Volltext)

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