Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zu zweit planscht es sich anders als allein

15.01.2015

Wenn zwei Kinder im Meer planschen, schaukeln sich durch konstruktive Überlagerung hohe Wasserwellen auf. Anders in einem Experiment in der mikroskopischen Welt. Physiker der Universität Bonn setzten mit Hilfe eines Laserstrahls Lichtwellen aus zwei Cäsium-Atomen frei, die an einander gegenüberliegenden Spiegeln reflektiert wurden. Es stellte sich heraus, dass diese Versuchsanordnung das Aufschaukeln hoher Lichtwellen verhindert. Die Wissenschaftler beobachteten damit experimentell den fundamentalsten Fall von Licht-Materie-Wechselwirkung an zwei Atomen. Die Ergebnisse sind nun in den „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Die Physiker der Universität Bonn schlossen zwei schwebende Cäsium-Atome in einen Lichtkäfig für Photonen ein. Die beiden Atome wurden nun kontinuierlich mit einem Laserstrahl beschienen. Die Atome streuten das Laserlicht ähnlich wie Staub in der Luft einen Sonnenstrahl. Die gestreuten Lichtwellen überlagerten sich und wurden an zwei einander gegenüberliegenden Spiegeln auf die Atome zurückgeworfen.


Die Messapparatur im Labor: Dr. René Reimann, Tobias Macha und Prof. Dr. Dieter Meschede vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn.

(c) Foto: Volker Lannert/Uni Bonn

„Dass sich zwei Atome in einem solchen Käfig anders verhalten würden als ein einziges, das haben wir erwartet“, sagt Erstautor Dr. René Reimann, Mitarbeiter von Prof. Dr. Dieter Meschede vom Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn. Das entspricht unserer Alltagserfahrung: Zwei im Meer planschende Kinder erzeugen andere Wasserwellen als ein einzelnes Kind. In dem Lichtkäfig, in dem die von den Atomen freigesetzten Photonen von den Spiegeln hin und her geworfen werden, kommt es aber im Gegensatz zu den im Meer planschenden Kindern nicht zum Aufschaukeln hoher Lichtwellen.

Rückkopplung verhindert das Aufschaukeln hoher Lichtwellen

Man kann die überraschende Situation der beiden Atome im Lichtkäfig veranschaulichen, wenn man die tobenden Kinder nicht ins Meer, sondern in ein Planschbecken setzt. Hier verursachen die Kinder Wasserwellen, die teilweise vom Beckenrand zurückgeworfen und dann von den zum Rand laufenden Wellen ausgelöscht werden. „Wegen dieser Rückkopplung erzeugen zwei Kinder im günstigsten Fall kaum höhere Wellen als ein einziges“, erläutert Reimann. Allerdings können die Kleinen im Planschbecken die Höhe der Wasserwellen beeinflussen, indem sie den Abstand zwischen sich variieren.

Vor diesem Hintergrund versteht man die Situation der zwei Cäsium-Atome im Experiment: Selbst unter günstigsten Bedingungen, wenn sich die Lichtwellen der beiden Atome konstruktiv überlagern, konnten die Forscher kaum mehr Photonen zählen als bei einem einzelnen Atom. „Es stellte sich heraus, dass die Spiegel für eine drastische Rückkopplung sorgen, die das Aufschaukeln hoher Lichtwellen verhindert“, beschreibt Dieter Meschede das Phänomen.

Neue Einblicke in Licht-Atom-Wechselwirkung

Allerdings lassen sich durch deutliche Veränderungen in der Höhe der überlagerten Lichtwellen minimale Distanzunterschiede der im Lichtkäfig schwebenden Cäsium-Atome zueinander nachvollziehen. „Das war bislang nicht möglich und eröffnet neue Einblicke und Experimentiermöglichkeiten für die Licht-Atom-Wechselwirkung von Zwei-Atom-Systemen“, sagt Reimann. Diese neuen Möglichkeiten können unter anderem die Entwicklung zukunftsweisender Technologien, wie zum Beispiel Quantenspeicher und Quantennetzwerke für Telekommunikations- und Rechenzwecke, unterstützen.

Bisher haben internationale Forscherteams das Zusammenspiel eines einzigen oder sehr vieler Atome mit Photonen in einem Lichtkäfig beobachten können. Zu diesem Thema wurde Serge Haroche im Jahr 2012 für seine grundlegenden Erkenntnisse mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Den Bonner Physikern ist es nun gelungen, genau zwei Atome auf kontrollierte Weise wechselwirken zu lassen. „Damit wurde der fundamentalste Fall von kollektiver Licht-Materie-Wechselwirkung experimentell realisiert“, sagt Dieter Meschede.

Die Forschungsgruppe Quantentechnologie an der Universität Bonn befasst sich experimentell mit der kontrollierten Wechselwirkung zwischen Atomen und Licht. Ein Schwerpunkt der Gruppe liegt auf der Erzeugung von besonderen quantenmechanischen Zuständen.

Publikation: R. Reimann, W. Alt, T. Kampschulte, T. Macha, L. Ratschbacher, N. Thau, S. Yoon, D. Meschede, Cavity-Modified Collective Rayleigh Scattering of Two Atoms, Physical Review Letters, DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.023601

Kontakt für die Medien:

Dr. René Reimann
Institut für Angewandte Physik
Forschungsgruppe Quantentechnologie
Tel. 0228/733489
E-Mail: reimann@iap.uni-bonn.de

Prof. Dr. Dieter Meschede
Institut für Angewandte Physik
Forschungsgruppe Quantentechnologie
Tel. 0228/733477
E-Mail: meschede@uni-bonn.de

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik
20.07.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | 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: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics