Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenteilchen auf der Schaukel: Bonner Physiker kontrollieren die Eigenschwingung von Atomen

09.12.2009
Mit einzelnen Atomen zu arbeiten ist mitunter schlimmer als Flöhe hüten - sie lassen sich nur mit speziellen Techniken kontrollieren.

Physiker der Universität Bonn haben nun eine neue Methode ersonnen, Atomen ihren Willen aufzuzwingen: Ihnen ist es gelungen, die Eigenschwingung der kleinen Teilchen (ihre so genannte Wellenfunktion) präzise zu steuern.

Der Bonner Ansatz öffnet Forschern aus verschiedenen Bereichen der Physik neue Türen. Die Ergebnisse sind nun in den Physical Review Letters erschienen (doi: 10.1103/PhysRevLett.103.233001).

Atome haben eine Eigenschaft, die die Mitarbeiter viel beschäftigter Chefs nur zu gut kennen: Sie können sich theoretisch an vielen Orten gleichzeitig aufhalten, an jedem aber nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. Mit welcher Wahrscheinlichkeit man sie wo findet, beschreibt ihre Wellenfunktion.

Es war bisher nur mit Einschränkungen möglich, die Wellenfunktion eines einzelnen Atoms zu kontrollieren. Den Forschern vom Bonner Institut für Angewandte Physik um Professor Dr. Dieter Meschede ist nun aber genau das gelungen. Sie arbeiteten dabei mit einzelnen Caesium-Atomen, die sie mit einer Art Pinzette aus Licht festhielten.

Man kann sich so ein Caesiumatom als ein Kind vorstellen, das auf einer Schaukel sitzt. Die Wellenfunktion beschreibt, wie sehr die Schaukel hin- und herschwingt. Um das Kind höher schwingen zu lassen, versetzt die Mama der Schaukel einfach einen Schubs. Je stärker dieser Schubs, desto größer die Auslenkung: Die Wellenfunktion der Schaukel ändert sich.

In der Welt der Atome ist das nicht so einfach. Das liegt an den Quanteneffekten, die in der Mikrowelt zum Tragen kommen und der atomaren Wellenfunktion somit nur festgelegte Profile erlauben. So muss der Schubs genau die passende Stärke haben, damit er etwas bewirkt. Ist er zu klein oder zu groß, ändert sich an der Schaukelschwingung gar nichts. Es gibt aber noch eine zweite Einschränkung: Die Wellenfunktionen vor und nach dem Schubs müssen eine gewisse Ähnlichkeit aufweisen - Physiker sprechen von "Überlappung".

"Wir haben nun unser Atom mit Mikrowellenstrahlung angeregt, ihm also einen Schubs versetzt", erklärt der Bonner Physiker Dr. Artur Widera. "Mikrowellen lassen sich sehr gut kontrollieren. Wir konnten die zugeführte Energiemenge daher extrem präzise einstellen."

Normalerweise hätte der Schubs dieser Strahlung nicht ausgereicht, um die Bewegung des Caesiums zu verändern. Die Forscher haben nun aber gewissermaßen den Aufhängepunkt der Atomschaukel um wenige Millionstel Millimeter im Raum verschoben. "Dadurch konnten wir den Wellenfunktionsüberlapp genau so einstellen, dass der Mikrowellen-Schubs doch zu einer Änderung der Schaukelbewegung führte."

"Wir können so erstmals die Wellenfunktion von Atomen mit hoher Präzision ändern", sagt Wideras Kollege Leonid Förster. "Damit können wir in der Schaukelbewegung der Atome beispielsweise Informationen speichern. Außerdem ist es denkbar, die Bewegung mit dieser Methode komplett zu stoppen. So ließen sich Atome bis zu ihrem Grundzustand nahe am absoluten Nullpunkt kühlen."

Kontakt:
Dr. Artur Widera
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-3471 oder -3477
E-Mail: widera@uni-bonn.de
Website: http://agmeschede.iap.uni-bonn.de/
Leonid Förster
Telefon: 0228/73-6580
E-Mail: foerster@iap.uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://agmeschede.iap.uni-bonn.de/
http://uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie