Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Super-Photonen“ flackern wie eine Kerze

22.01.2014
Nicht nur Kerzen flackern: Auch photonische Bose-Einstein-Kondensate ändern andauernd ihre Leuchtintensität.

Physiker der Universität Bonn haben diese theoretisch vorhergesagte Eigenschaft der „Super-Photonen“ nun erstmals experimentell nachweisen können. Das Flackern lässt sich eventuell für optische Anwendungen nutzen. Die Ergebnisse werden nun in den „Physical Review Letters“ vorgestellt.


Die Intensität des "Super-Photons" schwankt umso stärker, je mehr Farbstoffmoleküle zur Kühlung eingesetzt werden.

(c) AG Prof. Weitz/Uni Bonn


In dieser Kammer wird das photonische Bose-Einstein-Kondensat erzeugt.

(c) AG Prof. Weitz/Uni Bonn

Photonen sind winzige unteilbare Licht-Portionen. Unter geeigneten Bedingungen lassen sich viele tausend dieser „Licht-Atome“ zu einem Super-Photon verschmelzen. Physiker sprechen von einem photonischen Bose-Einstein-Kondensat. Man kennt derartige Kondensate von normalen Atomen. Theoretisch wurde zwar postuliert, dass sie sich auch aus Lichtpartikeln erzeugen lassen sollten. Ihre praktische Herstellung wurde aber lange für unmöglich gehalten. Als der Arbeitsgruppe um den Bonner Physiker Prof. Dr. Martin Weitz dieser Schritt Ende 2010 erstmals gelang, galt das in der Fachwelt als kleine Sensation.

Super-Photonen verhalten sich in vielen Aspekten wie Laserlicht. Mit einem wichtigen Unterschied: Laser strahlen sehr gleichmäßig. Photonische Bose-Einstein-Kondensate können dagegen flackern – so sagt es zumindest die Theorie voraus. Und exakt diese Voraussage konnten die Bonner Physiker nun experimentell bestätigen. „Die Intensität unserer Super-Photonen schwankt“, erläutert Prof. Weitz. „Mal leuchten sie stärker, mal weniger stark.“

Rasante Intensitäts-Änderung

Das Flackern einer Kerze lässt sich mit bloßem Auge sehen. Die Super-Photonen flackern dagegen extrem schnell: Ihre Intensität ändert sich viele hundert Millionen Mal pro Sekunde. „Das ist auch ein fundamentaler Unterschied zu atomaren Bose-Einstein-Kondensaten“, betont Prof. Weitz. Um Atome zu kondensieren, muss man sie sehr stark abkühlen und genügend von ihnen auf kleinem Raum konzentrieren. Wenn man das tut, werden sie plötzlich ununterscheidbar: Sie verhalten sich wie ein einziges riesiges „Superteilchen“. Solange dieses Superteilchen existiert, enthält es immer dieselbe Menge an Atomen.

Die Herstellung eines Super-Photons funktioniert ganz ähnlich: Man sperrt eine Menge Photonen auf kleinem Raum zusammen und kühlt sie gleichzeitig ab. Die Kühlung erfolgt beispielsweise durch Zugabe von Farbmolekülen. Diese wirken wie kleine Eisschränke: Sie verschlucken „warme“ Lichtteilchen und spucken sie anschließend gekühlt wieder aus.

Auch wenn sich das Super-Photon bereits gebildet hat, dauert dieser Prozess an: Immer wieder kollidieren einzelne Lichtpartikel aus dem Super-Photon mit den Farbstoff-Molekülen, werden von ihnen verschluckt und anschließend wieder ausgespuckt. Das photonische Bose-Einstein-Kondensat besteht also in einem Moment aus 10.000 Lichtpartikeln, ein paar Milliardstel Sekunden später vielleicht nur noch aus 1.000 und wieder später aus 17.000. Diese starken Schwankungen beobachtet man aber nur, wenn sehr viele Farbstoff-Moleküle vorhanden sind.

Neue technologische Möglichkeiten

Das Flackern der Super-Photonen eröffnet eventuell auch neue technologische Möglichkeiten. Momentan wird bei der Erzeugung feiner Strukturen häufig Laserlicht eingesetzt. Licht besteht aus Wellen. Wenn man zwei Laserstrahlen übereinander legt, können sich diese Wellen addieren oder auslöschen – je nachdem, wie die Wellenberge und -täler aufeinander treffen. Dieses Phänomen nennt sich Interferenz; bei manchen technologischen Anwendungen ist es äußerst unerwünscht.

„Photonische Bose-Einstein-Kondensate interferieren deutlich weniger miteinander“, sagt Prof. Weitz. „Da die Höhe der Wellenberge ebenso wie die Tiefe der Täler schwankt, ist es sehr viel unwahrscheinlicher, dass sich ein Berg und ein Tal gegenseitig genau auslöschen.“

Publikation: Observation of grand-canonical number statistics in a photon Bose-Einstein condensate; Physical Review Letters (DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.030401)

Kontakt:

Prof. Dr. Martin Weitz
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Tel. 0228/73-4837 oder -4836
E-Mail: Martin.Weitz@uni-bonn.de
Dr. Jan Klaers
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Tel. 0228/73-3453
E-Mail: klaers@iap.uni-bonn.de
Julian Schmitt
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Tel. 0228/73-3453
E-Mail: schmitt@iap.uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw
Weitere Informationen:
http://www.iap.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Fighting drug resistant tuberculosis – InfectoGnostics meets MYCO-NET² partners in Peru

28.04.2017 | Event News

Expert meeting “Health Business Connect” will connect international medical technology companies

20.04.2017 | Event News

Wenn der Computer das Gehirn austrickst

18.04.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie