Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atome mit Quanten-Erinnerung

28.02.2013
Aus Ordnung wird Unordnung – das gilt auch für Quantenzustände. Messungen am Atominstitut der TU Wien zeigen, dass dieser Übergang quantenphysikalisch ganz anders ablaufen kann als in unserer Alltagserfahrung.

Eiswürfel im Cocktailglas schmelzen, bis ein dauerhafter Gleichgewichtszustand erreicht ist, in dem sie verschwunden sind. Danach ist die geometrische Form der Eiswürfel völlig verloren: Die Flüssigkeit enthält keine „Erinnerung“ mehr an sie, aus einem geordneten Eiskristall sind ungeordnete Wassermoleküle geworden.


Der Atomchip (oben) - im Hintergrund die gemessenen Verteilungen, die den Zustand der Bose-Einstein-Kondensate beschreiben. TU Wien

Bei ultrakalten Bose-Einstein-Kondensaten ist das anders: Die höchst geordneten Wolken extrem kalter Teilchen streben zwar ebenfalls einem ungeordneten Gleichgewichtszustand entgegen, doch eine „Erinnerung“ an ihren ursprünglichen Zustand behalten sie erstaunlich lange. Wie sich nun zeigt, hängt dieses Phänomen bemerkenswerterweise nicht von der Temperatur ab, es scheint sich also um eine recht stabile, grundlegende Eigenschaft der Quantenphysik zu handeln.

Zwischenstopp auf dem Weg ins Chaos

Schon im vergangenen Jahr gelang es der Forschungsgruppe rund um Prof. Jörg Schmiedmayer am Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ), Atominstitut der TU Wien, den überraschenden Zwischenzustand zwischen Ordnung und Unordnung zu finden: Die Atome eines ultrakalten Bose-Einstein-Kondensats streben einem ungeordneten Gleichgewichtszustand entgegen, in dem ihre quantenphysikalischen Eigenschaften nicht mehr sichtbar sind.

Das geschieht allerdings nicht kontinuierlich, wie beim schmelzenden Eiswürfel, sondern über die Zwischenstufe eines sogenannten „präthermalisierten Zustands“, in dem die Atome erstaunlich lange verharren, ohne ihren quantenphysikalischen Ursprung zu vergessen. „Teilt man die Atom-Wolke in zwei Teile und führt diese dann wieder zusammen, werden Wellen-Muster sichtbar“, erklärt Jörg Schmiedmayer. „Sie sind der Beweis dafür, dass in den Atom-Wolken noch immer die Erinnerung daran vorhanden ist, aus einem quantenphysikalisch höchst geordneten Zustand hervorgegangen zu sein.“

Zwischenzustand unabhängig von Temperatur

Nun gelang es dem Forschungsteam, den Übergang in diesen Zwischenzustand genauer zu untersuchen – und dieser Übergang erweist sich als bemerkenswert stabil gegenüber unterschiedlichen äußeren Bedingungen. Aus unserem Alltag sind wir das Gegenteil gewohnt: „Stellen wir uns vor, ein Zimmer ist mit Luft gefüllt und im Nebenzimmer herrscht Vakuum“, sagt Max Kuhnert vom Atominstitut der TU Wien. „Wenn wir die Tür dazwischen öffnen, strebt dieses System in ein Gleichgewicht, bis die Luftmoleküle gleichmäßig zwischen den beiden Räumen verteilt sind. Dieser Übergang wird allerdings stark von äußeren Bedingungen wie Druck und Temperatur bestimmt.“ Je höher der Druck und je größer die Temperatur, umso leichter geht die Information über den Anfangszustand verloren, etwa über die ungleiche Verteilung der Luft-Moleküle, oder auch über die Struktur schmelzender Eiswürfel.

„Der prä-thermalisierte Zustand unserer Atomwolken wird hingegen ganz unabhängig von Druck und Temperatur erreicht“, sagt Max Kuhnert. Die jetzt in Physical Review Letters veröffentlichen Experimente zeigen dass dieser Zwischenzustand durch eine neue Längenskala charakterisiert wird. Diese sogenannten Korrelationslänge gibt an, auf welche Längenskala man die Atom-Wolken betrachten muss, um seine Quanten-Eigenschaften noch erkennen zu können.

"Diese Korrelationslänge ergibt sich emergent aus der Dichte des ursprünglichen Quantengases. Sichtbar wird sie aber erst in der Dynamik des Übergangs vom geordneten Zustand in den prä-thermalisierten Zustand“, sagt Jörg Schmiedmayer. „Dass die charakteristische Korrelationslänge nicht von der Anfangstemperatur abhängt, ist ein starkes, neues Indiz dafür, dass es sich bei dem prä-thermalisierten Zustand um ein wesentliche Eigenschaft der Quantenphysik mit weitreichender Bedeutung handelt“, glaubt Max Kuhnert.

Ein tieferes Verständnis dieses Zustandes soll nicht nur ultrakalte Bose-Einstein-Kondensate erklären, sondern auch neues Licht auf die Vorgänge im frühen Universum werfen oder dabei helfen, die noch immer nicht völlig verstandenen Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas in großen Teilchenbeschleunigern zu verstehen.

Rückfragehinweise:

Dipl.-Ing. Maximilian Kuhnert
Atoministitut
Technische Universität Wien
Stadionallee 2, 1020 Wien
T: +43-1-58801- 141874
maximilian.kuhnert@tuwien.ac.at

Prof. Jörg Schmiedmayer
Atominstitut
Technische Universität Wien
Stadionallee 2, 1020 Wien
T: +43-1-58801-141801
hannes-joerg.schmiedmayer@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at
http://vcq.quantum.at/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ferngesteuerte Mikroschwimmer: Jülicher Physiker simulieren Bewegungen von Bakterien an Oberflächen
22.05.2015 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Hochleistungsmikroskopie für Membranrezeptoren
22.05.2015 | Universitätsklinikum Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kieler Forschende bauen die kleinsten Maschinen der Welt

Die DFG stellt Millionenförderung für die Entwicklung neuartiger Medikamente und Materialien an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) bereit.

Großer Jubel an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU): Wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute (Donnerstag, 21. Mai) bekannt gab,...

Im Focus: Basler Physiker entwickeln Methode zur effizienten Signalübertragung aus Nanobauteilen

Physiker haben eine innovative Methode entwickelt, die den effizienten Einsatz von Nanobauteilen in elektronische Schaltkreisen ermöglichen könnte. Sie entwickelten dazu eine Anordnung, bei der ein Nanobauteil mit zwei elektrischen Leitern verbunden ist. Diese bewirken eine hocheffiziente Auskopplung des elektrischen Signals. Die Wissenschaftler vom Departement Physik und dem Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel haben ihre Ergebnisse zusammen mit Kollegen der ETH Zürich in der Fachzeitschrift «Nature Communications» publiziert.

Elektronische Bauteile werden immer kleiner. In Forschungslabors werden bereits Bauelemente von wenigen Nanometern hergestellt, was ungefähr der Grösse von...

Im Focus: Basel Physicists Develop Efficient Method of Signal Transmission from Nanocomponents

Physicists have developed an innovative method that could enable the efficient use of nanocomponents in electronic circuits. To achieve this, they have developed a layout in which a nanocomponent is connected to two electrical conductors, which uncouple the electrical signal in a highly efficient manner. The scientists at the Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel have published their results in the scientific journal “Nature Communications” together with their colleagues from ETH Zurich.

Electronic components are becoming smaller and smaller. Components measuring just a few nanometers – the size of around ten atoms – are already being produced...

Im Focus: Phagen übertragen Antibiotikaresistenzen auf Bakterien – Nachweis auf Geflügelfleisch

Bakterien entwickeln immer häufiger Resistenzen gegenüber Antibiotika. Es gibt unterschiedliche Erklärungen dafür, wie diese Resistenzen in die Bakterien gelangen. Forschende der Vetmeduni Vienna fanden sogenannte Phagen auf Geflügelfleisch, die Antibiotikaresistenzen auf Bakterien übertragen können. Phagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren können. Für Menschen sind sie unschädlich. Phagen könnten laut Studie jedoch zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen beitragen. Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Lebensmittelproduktion sondern auch für die Medizin von Bedeutung. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Applied and Environmental Microbiology veröffentlicht.

Antibiotikaresistente Bakterien stellen weltweit ein bedeutendes Gesundheitsrisiko dar. Gängige Antibiotika sind bei der Behandlung von Infektionskrankheiten...

Im Focus: Die schreckliche Schönheit der Medusa

Astronomen haben mit dem Very Large Telescope der ESO in Chile das bisher detailgetreueste Bild vom Medusa-Nebel eingefangen, das je aufgenommen wurde. Als der Stern im Herzen dieses Nebels altersschwach wurde, hat er seine äußeren Schichten abgestoßen, aus denen sich diese farbenfrohe Wolke bildete. Das Bild lässt erahnen, welches endgültige Schicksal die Sonne einmal ereilen wird: Irgendwann wird aus ihr ebenfalls ein Objekt dieser Art werden.

Dieser wunderschöne Planetarische Nebel ist nach einer schrecklichen Kreatur aus der griechischen Mythologie benannt – der Gorgone Medusa. Er trägt auch die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

TU Darmstadt: Gipfel der Verschlüsselung - CROSSING-Konferenz am 1. und 2. Juni in Darmstadt

22.05.2015 | Veranstaltungen

Internationale neurowissenschaftliche Tagung

22.05.2015 | Veranstaltungen

Biokohle-Forscher tagen in Potsdam

21.05.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nanogefäß mit einer Perle aus Gold

22.05.2015 | Biowissenschaften Chemie

Ferngesteuerte Mikroschwimmer: Jülicher Physiker simulieren Bewegungen von Bakterien an Oberflächen

22.05.2015 | Physik Astronomie

Was Chromosomen im Innersten zusammenhält

22.05.2015 | Biowissenschaften Chemie