Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eiskalte Berührungen in einem Tunnel für Atome

04.05.2004


Basierend auf der Bose-Einstein-Kondensation von atomaren Gasen können im Forschungslabor völlig neue Quantensysteme kreiert werden. ETH-Forschenden ist es nun gelungen, ein eindimensionales Quantengas zu realisieren. In diesem konnten sie beobachten, wie ein superfluides Gas, in dem sich die Atome widerstandsfrei bewegen können, in einen Zustand übergeht, in dem die Atome wie an einer Perlenkette aufgereiht sind und sich nicht bewegen können. Diese neuartige Generation von Experimenten ermöglicht den Forschenden einen ersten Blick auf eine Quantenwelt, die bei rasant kleiner werdenden Dimensionen auch im technischen Bereich eine immer grössere Rolle spielen wird.



Die Forschung an ultrakalten Atomgasen hat zur Beobachtung der Bose-Einstein-Kondensation geführt, wofür im Jahre 2001 der Nobelpreis verliehen wurde. Mehrere internationale Forschungsgruppen sind im Moment daran, mit ultrakalten Atomen in völlig neue physikalische Bereiche vorzudringen. Hierfür werden die kalten Gase in das periodische Interferenzmuster von Laserstrahlen geladen. Es entstehen so genannte optische Gitter, in denen die kalten Atome im luftleeren Raum nur durch die Kraftwirkung von Laserlicht gehalten werden. In optischen Gittern spielt die Berührung der Atome untereinander eine entscheidende Rolle und führt zu erstaunlichen Quantenphänomenen, die jetzt experimentell zugänglich geworden sind. In einem optischen Gitter ist eine einzigartige Kontrolle über Position und Bewegung der Atome möglich, sodass Hoffnung besteht, komplexe Quantensysteme mit optischen Gittern zu simulieren. Solche Quantensimulatoren könnten in Zukunft Antworten auf bislang ungeklärte Fragen in der Physik geben.

... mehr zu:
»Atom »Quantensystem »Tunnel


Die Quantenwelt in einer Dimension ist anders

Einem Forscherteam an der ETH Zürich ist es nun in einem Experiment mit ultrakalten Atomen gelungen, die aussergewöhnliche Rolle zu beleuchten, welche die Dimensionalität für Quantensysteme spielt. Hierbei konnten fundamentale Vorhersagen bestätigt werden. Die ausgeklügelte Anordnung von Laserstrahlen im ETH-Experiment erlaubt es, ein optisches Gitter zu erzeugen, in dem sich die Atome nur entlang einer Linie bewegen können. Ähnlich wie Autos in einem Tunnel können sich die Atome darin nur vorwärts oder rückwärts bewegen; eine Bewegung zur Seite oder nach oben und unten ist nicht möglich. Im Gegensatz zu Autos befinden sich die ultrakalten Atome in einem superflüssigen Zustand und können sich reibungsfrei bewegen. Durch Einstrahlen eines zusätzlichen Lasers wurden entlang der Bewegungsrichtung kleine Barrieren für die Atome erzeugt. Mit zunehmender Höhe der regelmässig angeordneten Barrieren verlangsamt sich die Bewegung der Atome, und die Berührung der Atome, bzw. deren Stösse untereinander, spielen eine immer grössere Rolle. Aufgrund der Stösse kommt schliesslich der Punkt, an dem die Atome plötzlich an einer festen Position eingefroren werden. Dieser isolierende Zustand lässt keine reibungsfreie Bewegung der Atome zu und zeichnet sich dadurch aus, dass sich genau ein oder genau zwei Atome zwischen zwei Barrieren befinden.

Starke Quantenfluktuationen beobachtet

Dem eindimensionalen Charakter des Systems kamen die Forschenden auf die Spur, als sie die Geschwindigkeitsverteilung der Atome nach Ausschalten des optischen Gitters untersuchten. In der superfluiden Phase konnte eine sehr schmale Verteilung beobachtet werden, die beim Übergang in den isolierenden Zustand abrupt breiter wurde. Die Messungen zeigten eine dramatische Verschiebung dieses Übergangs, wenn die Dimension des Systems von drei auf eins reduziert wurde. Diese Verschiebung kann auf starke Quantenfluktuationen zurückgeführt werden, die charakteristisch für eindimensionale Systeme sind.

Hochtemperatur-Supraleitung als Herausforderung

Die sehr direkte experimentelle Signatur für einen Phasenübergang stimmt die Forschenden optimistisch, dass sich in Zukunft eine Vielzahl von Vielteilchen-Quantensystemen mit optischen Gittern simulieren lassen. Eine besondere Herausforderung wäre es die Physik von Hochtemperatur-Supraleitern mit fermionischen Atomen in optischen Gittern zu simulieren. Trotz intensiver Forschung entzieht sich die Hochtemperatur-Supraleitung bislang noch einem umfassenden Verständnis.

Weitere Informationen

Prof. Tilman Esslinger
Institut für Quantenelektronik
Telefon +41 (0)1-633 23 40
esslinger@iqe.phys.ethz.ch

Beatrice Huber | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch/news/pressreleases/
http://www.quantumoptics.ethz.ch/

Weitere Berichte zu: Atom Quantensystem Tunnel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte