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"Die Methoden zur Herstellung des
Bose-Einstein-Kondensats haben die Atomphysik revolutioniert", erklärt
der 37-jährige Physiker Gasenzer. In der äußerst dünnen Gaswolke, die
aus etwa 1000 bis einigen Millionen Atomen besteht, bewegen sich die
Teilchen nämlich fast nicht mehr, und damit wird es möglich,
Eigenschaften der Atome wesentlich besser zu messen und zu verstehen.
So kann das Bose-Einstein-Kondensat auch Auswirkungen auf das
alltägliche Leben haben, ist doch heute die Zeit über die Frequenz der
Schwingung des Cäsium-Atoms definiert. Die Länge einer Sekunde kann
nur so genau wie die Frequenz des "Tickens" der Cäsiumuhr bekannt
sein. Die heute erreichte Genauigkeit spielt beispielsweise beim
Global Positioning System (GPS) eine große Rolle. Denn nur dadurch,
dass die Uhren in den Satelliten gleich gehen, ist es möglich, genaue
Ortsbestimmungen vorzunehmen.
Das kürzlich an Thomas Gasenzer verliehene
Heisenberg-Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft möchte er
nutzen, um in den nächsten fünf Jahren mehr Wissen über die Dynamik
dieser kalten Gase zu gewinnen. Wie bewegen sich beispielsweise diese
Systeme, wenn sie plötzlich aus ihrer Ruhe gerissen werden? Eine
Frage, der Thomas Gasenzer zusammen mit der von ihm geleiteten
Arbeitsgruppe nachgehen will, denn bisher sind die theoretischen
Grundlagen zur Beschreibung derartiger Vorgänge wenig erforscht.
Die Bewegung der Atome in den Gaswolken kann sehr
leicht eine Gestalt wie die von Turbulenzen in einem reißenden
Wildbach annehmen. Ganz anders als im Bach sind jedoch die Atome im
Kondensat 1000 Mal weiter voneinander entfernt, so dass sie zunächst
einmal seltener aneinander stoßen. Trotzdem "spüren" sie sich, und das
liegt daran, dass sie sich als so genannte Quantenteilchen in ihrer
Restbewegung gleich verhalten und so absolut ununterscheidbar sind.
Wenn aber das Kondensat in Unruhe versetzt wird, beginnt es zu
schwingen und sich aufzulösen. Die Atome stoßen dann häufiger
aneinander, und es entsteht eine faszinierende Komplexität.
Zur Beobachtung der Bewegung eines
Bose-Einstein-Kondensats haben die Physiker im Labor ausgefeilte und
doch erstaunlich einfach erscheinende Methoden entwickelt: "Man
schickt zum Beispiel den Lichtstrahl eines Lasers durch das Kondensat
und nimmt ihn mit einer Videokamera auf. Aus der Bewegung des
Schattens der Atome schließt man auf deren Dynamik", erläutert Thomas
Gasenzer. Als theoretischer Physiker ist er auch auf die Überprüfung
seiner Überlegungen im Labor angewiesen. "Dabei ist für mich wichtig
zu wissen, was genau bei Experimenten machbar ist", betont er. Deshalb
unterhält er enge Kontakte zu den Heidelberger Professoren Jörg
Schmiedmayer vom Physikalischen Institut und Markus Oberthaler vom
Kirchhoff-Institut für Physik, die beide experimentell an
Bose-Einstein-Kondensaten forschen.
Die Berechnungen, die der theoretische Physiker
Gasenzer im mikroskopischen Maßstab des aus einer Art von Atomen
bestehenden Bose-Einstein-Kondensates vornimmt, können aber auch
Konsequenzen für große Vielteilchensysteme haben. Dazu gehört
beispielsweise auch das Universum, das in einem frühen Stadium sehr
schnell expandierte, und die physikalischen Bewegungsgesetze hierfür
sind eng mit denen für ultrakalte Atomgase verwandt.
Stefan Zeeh |
