Theoretische Physik: Schütteln ersetzt Photonen

Zu einem der weltweit „heißesten“’ Forschungsgebiete der Physik haben Wissenschaftler der Universität Oldenburg um Prof. Dr. Martin Holthaus jetzt eine wichtige Arbeit vorgelegt. In der Ausgabe vom 11. November 2005 der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten sie von ihren Erkenntnissen aus dem Bereich der Quantenphysik (PRL 95, 200401, 2005).

Hintergrund ist der Umstand, dass Quantenobjekte Barrieren durchdringen können, die für klassische Teilchen unüberwindbar sind. In der Physik ist dafür der Ausdruck „Tunneln“ geläufig. Dieses Tunneln geschieht häufig mithilfe von Photonen (Lichtquanten).
Aufgrund quantenmechanischer Berechnungen konnten die Oldenburger nun nachweisen, dass ein ähnliches Phänomen auch bei so genannten Bose-Einstein-Kondensaten auftritt. Dabei handelt es sich um sehr viele, ultrakalte Atome, die eine einzige Materiewelle ausbilden. Ein Bose-Einstein-Kondensat verhält sich zu normaler Materie ähnlich wie das Licht eines Lasers zum Licht einer Glühbirne. Während eine Glühbirne „spaghettiförmig“ strahlt, strahlen die Wellenzüge eines Lasers im Gleichtakt.

Um den Tunneleffekt dieser Materiewelle gezielt zu steuern, benötigt man aber keine Photonen, sondern das Kondensat muss auf elektronischem Wege mit Frequenzen im Kilohertz-Bereich „geschüttelt“ werden. Eine Bestätigung dieser Berechnungen durch Laborversuche – wofür allerdings nur wenige Labors auf der Welt ausgerüstet sind – ist jetzt der nächste Schritt.

„Wir stehen hier an einem sehr spannenden Punkt“, sagt Holthaus, der – nach längeren Vorarbeiten – mit seinen Mitarbeitern rund ein Jahr an dem Problem gearbeitet hat. Seit der erstmaligen Herstellung des Bose-Einstein-Kondensates im Labor im Jahr 1995 (wofür Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle und Carl E. Wiemann 2001 den Nobelpreis erhielten) gebe es ein regelrechtes Wettrennen unter Physikern bei der Suche nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten dieses neuen Materiezustandes. „Zwar ist man von einer ausgereiften Materiewellen-Technologie noch weit entfernt“, so Holthaus, „aber die Entwicklung wird hier möglicherweise ähnlich verlaufen wie nach der Entwicklung des Lasers vor ca. 40 Jahren, als man sich auch nicht vorstellen konnte, wieweit dies den Alltag revolutionieren würde.“

Kontakt: Prof. Dr. Martin Holthaus, Arbeitsgruppe „Theorie der kondensierten Materie“ am Institut für Physik der Universität Oldenburg, Tel.: 0441/798-3960 oder -3071, Fax: -3080, E-Mail: holthaus@theorie.physik.uni-oldenburg.de