Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues magnetisches Kühlverfahren für Gase: Eiskalte Atomwolken

29.11.2006
Kühlt man Materie nahe an den absoluten Nullpunkt, so tritt deren Quantennatur zu Tage. Manche Atome, so genannte Bosonen, gehen dann in einen neuen Aggregatzustand über, sie formen ein Bose-Einstein-Kondensat.

Experimente mit solchen Bose-Einstein-Kondensaten gewähren einen Einblick in die Quantenwelt und sind daher ideale Forschungsobjekte für die Grundlagenforschung. Um zu solchen ultrakalten Temperaturen zu gelangen, waren Physiker bisher auf die verlustreiche Verdampfungskühlung angewiesen: Wie bei erkaltendem Kaffee verlassen dabei die heißesten Atome die Wolke, wodurch der Rest zwar kälter, aber auch weniger wird.

Am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart wurde nun ein bereits in den 50er-Jahren vorgeschlagenes Kühlschema erstmals experimentell realisiert, bei dem es zu keinem Atomverlust kommt und das somit wesentlich effizienter arbeitet. Die Forschungsarbeiten, über die auch die renommierte Wissenschaftszeitschrift nature physics in ihrer jüngsten Ausgabe berichtete*, sind Teil des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB/TR 21, in dem die Universität Stuttgart Sprecherhochschule ist.

Temperatur ist ein Maß für Bewegungsenergie. Heiß bedeutet eine Zitterbewegung mit großer Amplitude, kalt eine mit kleiner. Hat ein System zwei unabhängige Bewegungsarten, so kann die Temperatur für beide Arten unterschiedlich sein. Ein Beispiel hierfür ist die Bewegung kleiner Magnete in einem Magnetfeld, wie sie beispielsweise von Kompassnadeln bekannt sind. Jeder Magnet kann sich einerseits mit seinem Schwerpunkt im Raum bewegen. Andererseits kann die Orientierung der Magnete relativ zur Richtung des Magnetfelds zittern. Beide Freiheitsgrade können eine unterschiedliche Temperatur haben. So können die Magnete zum Beispiel alle parallel ausgerichtet, also in ihrer Orientierung sehr kalt sein und sich trotzdem sehr schnell bewegen und deshalb in ihrer Schwerpunktbewegung heiß sein. Wenn die Magnete aneinander stoßen, kommen die Temperatur der Bewegung mit der Temperatur der Orientierung ins Gleichgewicht. Im Beispiel wird sich die Temperatur der Orientierung erhöhen und die Temperatur der Bewegung reduzieren, bis beide dieselbe Temperatur haben. Kühlt man also die eine Form der thermischen Energie, hier das Orientierungszittern, kann damit auch die andere Form der Energie kühlen.

Entscheidender Trick

Feste Stoffe werden seit über 70 Jahren nach diesem Prinzip gekühlt. Für Gase konnte diese Technik jedoch nicht angewandt werden, da viele Atome nicht magnetisch genug sind. In diesem Jahr gelang es der Gruppe um Prof. Tilman Pfau am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart erstmals, dieses Entmagnetisierungskühlverfahren auf atomare Gase anzuwenden. Im Experiment konnten eine Million Chromatome auf eine Temperatur von zehn Mikrokelvin (das sind zehn Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt) abgekühlt werden. Möglich wurde dies, da die Stuttgarter Physiker mit Chromgas arbeiten, einer besonders magnetischen Atomsorte. Im Jahr 2005 gelang den Stuttgarter Wissenschaftler erstmals die Erzeugung eines Bose-Einstein-Kondensats aus Chrom-Atomen.

Der entscheidende Trick bei diesem Kühlverfahren ist, dass sich die Temperatur der atomaren Magnete durch "optisches Pumpen" mit Laserlicht immer wieder "künstlich" abkühlen lässt. Der Pionier des "optischen Pumpens" - der französische Nobelpreisträger Alfred Kastler - hat darin schon 1950 das Potential zur Kühlung anderer Bewegungsarten erkannt. Nach über 55 Jahren ist seine Idee nun umgesetzt worden.

Weitere Informationen bei Prof. Tilman Pfau, 5. Physikalisches Institut, Tel. 0711/685-68025, t.pfau@physik.uni-stuttgart.de.

*Der Artikel von Marco Fattori, Tobias Koch, Simone Goetz, Axel Griesmaier, Sven Hensler, Jürgen Stuhler und Tilman Pfau ist unter dem Titel "Demagnetization cooling of a gas" abgedruckt in Nature Physics, 2, 2006, S. 765 ff.

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.nature.com/naturephysics
http://www.pi5.uni-stuttgart.de/news/061115/news141106.html
http://arxiv.org/PS_cache/cond-mat/pdf/0610/0610498.pdf

Weitere Berichte zu: Bose-Einstein-Kondensat Kühlverfahren Magnet

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen
22.02.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung
21.02.2017 | Forschungszentrum Jülich

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften