Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bonner Physiker stellen „Super-Photon“ her

25.11.2010
Physiker der Universität Bonn haben eine völlig neue Lichtquelle hergestellt, ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat aus Photonen.

Bis vor kurzem hatten Experten das noch für unmöglich gehalten. Die Methode eignet sich unter Umständen zur Konstruktion neuartiger laserähnlicher Lichtquellen, die im Röntgenbereich leuchten.

Eventuell ließen sich damit unter anderem leistungsfähigere Computerchips bauen. Die Wissenschaftler berichten in der kommenden Ausgabe der Zeitschrift „Nature“ über ihre Entdeckung (doi: 10.1038/nature09567).

Wenn man Rubidiumatome sehr stark abkühlt und genügend von ihnen auf kleinem Raum konzentriert, werden sie plötzlich ununterscheidbar: Sie verhalten sich wie ein einziges riesiges „Superteilchen“. Physiker sprechen von einem Bose-Einstein-Kondensat.

Für „Lichtpartikel“, die Photonen, müsste das eigentlich auch gehen. Leider scheitert diese Idee aber an einem fundamentalen Problem: Wenn man Photonen „abkühlt“, verschwinden sie. Licht zu kühlen und gleichzeitig zu konzentrieren, schien daher bis vor einigen Monaten unmöglich. Den Bonner Physikern Jan Klärs, Julian Schmitt, Dr. Frank Vewinger und Professor Dr. Martin Weitz ist das nun dennoch gelungen - eine kleine Sensation.

Wie warm ist Licht?

Wenn man den Wolfram-Wendel einer Glühbirne erhitzt, beginnt er zu glühen - zunächst rot, dann gelb und schließlich bläulich. Man kann auf diese Weise jeder Lichtfarbe eine „Entstehungstemperatur“ zuweisen: Blaues Licht ist wärmer als rotes. Wolfram glüht aber anders als beispielsweise Eisen. Physiker eichen die Farbtemperatur daher anhand eines erdachten Modellobjekts, eines so genannten schwarzen Körpers. Wenn man diesen Körper auf 5.500 Grad erhitzen würde, hätte er etwa dieselbe Farbe wie Sonnenlicht zur Mittagszeit. Anders gesagt: Mittagslicht hat 5.500 Grad Celsius oder knapp 5.800 Kelvin (die Kelvin-Temperaturskala kennt keine negativen Werte, sondern beginnt beim absoluten Temperaturnullpunkt von -273 Grad; daher sind Kelvin-Werte immer 273 Grad höher als die entsprechenden Celsius-Werte).

Wenn man einen schwarzen Körper abkühlt, leuchtet er irgendwann gar nicht mehr im sichtbaren Bereich, sondern gibt nur noch unsichtbare infrarote Photonen ab. Gleichzeitig nimmt seine Strahlungsintensität ab: Die Menge der Photonen wird mit sinkender Temperatur immer niedriger. Das macht es so schwierig, auf die für eine Bose-Einstein-Kondensation nötige Menge kühler Photonen zu kommen.

Die Bonner Forscher haben das dennoch geschafft. Sie nutzten dazu zwei hochreflektive Spiegel, zwischen denen sie einen Lichtstrahl ständig hin- und her warfen. Zwischen den Reflexionsflächen befanden sich gelöste Farbstoff-Moleküle, mit denen die Photonen regelmäßig kollidierten. Bei diesen Kollisionen verschluckten die Moleküle die Photonen und spuckten sie danach wieder aus. „Dabei nahmen die Photonen die Temperatur der Farbstoff-Flüssigkeit an“, erklärt Professor Weitz. „Sie kühlten sich also auf Raumtemperatur ab, und zwar ohne gleichzeitig verloren zu gehen.“

Ein Kondensat aus Licht

Die Bonner Physiker erhöhten nun die Menge der Photonen zwischen den Spiegeln, indem sie die Farbstofflösung mit einem Laser anregten. So konnten sie die abgekühlten Lichtteilchen so stark konzentrieren, dass sie zu einem „Super-Photon“ kondensierten.

Dieses photonische Bose-Einstein-Kondensat ist eine völlig neue Lichtquelle mit laserähnlichen Eigenschaften. Sie bietet aber gegenüber Lasern einen entscheidenden Vorteil: „Wir können heute keine Laser herstellen, die sehr kurzwelliges Licht erzeugen - also etwa UV- oder Röntgen-Licht“, erläutert Jan Klärs. „Mit einem photonischen Bose-Einstein-Kondensat sollte das dagegen gehen.“

Diese Aussicht dürfte vor allem Chip-Designer freuen: Sie nutzen Laserlicht, um logische Schaltkreise in ihre Halbleitermaterialien zu gravieren. Wie fein diese Strukturen sein können, wird unter anderem durch die Lichtwellenlänge begrenzt: Langwellige Laser eignen sich für Feinarbeiten weniger gut als kurzwellige - das ist, als wollte man einen Brief mit einem Malerpinsel unterschreiben.

Röntgenstrahlung ist viel kurzwelliger als sichtbares Licht. Mit Röntgenlasern sollten sich daher im Prinzip auf derselben Siliziumfläche erheblich komplexere Schaltkreise unterbringen lassen. Das würde eine neue Generation von Hochleistungschips ermöglichen - und damit leistungsfähigere Computer für den Endanwender. Auch bei anderen Anwendungen wie zum Beispiel der Spektroskopie oder der Photovoltaik könnte das Verfahren nützlich sein.

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Weitz
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-4837 oder -4836, E-Mail: Martin.Weitz@uni-bonn.de
Jan Klärs
Telefon: 0228/73-3453, E-Mail: klaers@iap.uni-bonn.de

Frank Luerweg | Uni Bonn
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie