Magnetisches Kühlverfahren für Gase realisiert

Einem Wissenschaftsteam des 5. Physikalischen Instituts der Universität Stuttgart ist es erstmals gelungen, ein bereits seit den 1950er Jahren entwickeltes Kühlprinzip für feste Stoffe nun auch für atomare Gase anzuwenden. „Bei dem so genannten Entmagnetisierungskühlverfahren, was sich auf atomare Gase bezieht, konnten in ersten Experimenten eine Mio. Chromatome auf eine Temperatur von zehn Mikrokelvin abgekühlt werden“, erklärt Tilman Pfau, Institutsleiter, im Gespräch mit pressetext.

Vor der Problemstellung eines sehr hohen Atomverlusts herkömmlicher Kühlverfahren bei Materie an den absoluten Nullpunkt, entwickelten die Forscher ein neues Verfahren, um auf die bislang verlustreiche Verdampfungskühlung nicht länger angewiesen zu sein. „Wie bei erkaltenden Kaffee verlassen dabei die heißen Atome die Wolke, wodurch der Rest zwar kälter, aber auch weniger wird“, so Pfau. Im Experiment verwandten die Physiker dazu Chromgas aufgrund seiner starken magnetischen Eigenschaften. In diesem Zusammenhang gelang den Stuttgarter Wissenschaftlern erstmals die Erzeugung eines so genannten Bose-Einstein-Kondensats aus Chrom-Atomen.

Entscheidend ist, dass sich die Temperatur der atomaren Magnete bei dem neu entwickelten Kühlverfahren durch „optisches Pumpen“ mittels Laserlicht immer wieder erneut „künstlich“ abkühlen lässt. „Darin liegt ein wichtiger Vorteil, da nicht nur weniger Atome verloren gehen, sondern ganz erheblich die Effizienz gesteigert werden kann“, unterstreicht der Experte. Potenzielle Anwendungsbereiche in der Wissenschaft sieht der Physiker in der Forschung über die Abkühlung von bipolaren Molekülen, zu denen etwa Wasser zählt. Außerdem bieten sich weitere Anwendungspotenziale vor allem im Bereich des Atomlasers, da durch das neue Verfahren mehr Atome zur Verfügung stehen könnten, die die Leistung verstärken würden. Auch Präzisionsmessungen zur Ermittlung der Konstanz von Naturkonstanten seien denkbar, so Pfau.