Ensimmäinen Bose-Einstein-kalsiumatomien kondensaatti

Maa-alkalikondensaatti mahdollistaa magneettikentien ja painovoiman tarkemmat mittaukset

Bose-Einsteinin kondensaatti nousee kuin jättiläinen aalto keskellä kaasumaisten kalsiumatomien merta. Se koostuu noin 20 000 atomista, jotka ovat normaalisti näkymättömiä ihmisen silmälle. Mutta aallot, joiden läpi atomit kuvataan kvanttisesti mekaanisesti, kaikki värähtelevät lauhteessa synkronisesti ja muodostavat tiheän jättiläisaallon. Tällä tavalla atomien mikroskooppinen kertyminen muuttuu yhtäkkiä makroskooppiseksi ja siten näkyväksi. © PTB
lukea ääneen

Fyysikot maailmanlaajuisesti onnistuivat ensimmäistä kertaa tuottamaan Bose-Einstein-kondensaatin maa-alkalielementistä kalsiumista. Koska nämä atomit reagoivat miljoona kertaa herkemmin aallonpituuteen optisilla heräteillä, uutta kondensaattia voidaan nyt käyttää erittäin tarkkoihin mittauksiin, esimerkiksi gravitaatiokenttien määrittämiseen. Tulokset on nyt julkaistu "Physical Review Letters" -lehdessä.

Fyysikko ja Nobel-palkinnon saaja Wolfgang Ketterle kuvaavat sitä kerran atomien "identiteettikriisiksi": tarttumalla atomit ansaan ja jäähdyttämällä ne lämpötilaan lähellä absoluuttista nollaa, ne tiivistyvät - kuten höyry veteen - ja ottavat täysin uuden tilan: Niistä tulee erottamattomia. Hänen henkisten isiensä mukaan tätä kollektiivista tilaa kutsutaan Bose-Einsteinin kondensaatioksi. Tässä vaiheessa kvantimekaniikan lait tulevat toteutumaan, joita ei noudateta arkielämässä ja jotka häiritsevät monia ei-fyysikoita. Idea atomeista kuin pienistä palloista ei toimi enää. Pikemminkin atomit voidaan nyt kuvata vain kvantteina mekaanisesti aaltojen avulla.

Kondensaatti: Erittäin kylmät atomit jättiläisaallona

Kuten vesiaallot, ne voivat olla päällekkäin. Bose-Einstein -kondensaatissa jopa miljoonan atomin aaltofunktiot synkronoidaan kasaantumaan jättiläisaaltoksi. Nämä rakenteet voivat olla kooltaan jopa millimetriä ja sitten valokuvata. Mikrokosmos esittelee itsensä makroskooppisesti - siitä tulee näkyvä katsojalle. Viime vuosina sellaisia ​​Bose-Einsteinin kondensaatteja on käytetty monissa tutkimuksissa kvantimekaniikan perusteista, kiinteiden aineiden mallijärjestelmänä tai kvantitietoina.

Bose-Einstein-kalsiumatomien kondensaatti

Physikalisch-Technische Bundesanstaltin (PTB) tutkijat ovat nyt onnistuneet tuottamaan ensimmäistä kertaa maailmanlaajuisesti Bose-Einstein-kondensaatin maa-alkaliatomeista. Tätä tarkoitusta varten magneto-optiseen ansaan esijäähdytetyissä kalsiumatomeissa ladatut 2x106 ladattiin lämpötilassa 20 mikrokelviniä optisissa pinsetteissä. Heikentämällä pidätysvoimaa kuumat atomit haihtuvat, jolloin jäljellä olevat atomit jäähtyvät. Tyypillisesti 200 nanokelvinin lämpötilassa kriittinen lämpötila saavutetaan 10 - 5 atomilla. Näistä noin 2 x 104 atomia voidaan jäähdyttää puhtaaseen kondensaattiin.

Herkät painovoiman tai magneettikenttien mittaukset ovat mahdollisia

Ärtyneiden Bose-Einsteinin kondensaattien aaltokuviot ovat erittäin herkkiä ympäristölle. Tutkimalla näitä kuvioita on mahdollista luoda erittäin herkkiä interferometrisiä antureita, joiden avulla voidaan mitata esimerkiksi magneettikenttiä tai gravitaatiota. Valoa käytetään kondensaattien käsittelemiseen ja virittämiseen. Kaikilla Bose-Einstein-kondensaateilla, joita tuotetaan maailmanlaajuisesti, on yksi yhteinen haitta: niiden laajat optiset siirtymät eivät salli tarkkuuden herättämistä. näyttö

Bose-Einsteinin maa-alkaliatomien, kuten kalsium- ja strontiumkondensaattien, joita molempia tutkitaan PTB: ssä niiden soveltuvuudeksi optisiksi kelloiksi, niiden superkapeat optiset siirtymät tarjoavat täysin uusia mahdollisuuksia Pr zisionsuntersuchungen. Niiden käyttöä satelliiteissa voivat ajatella esimerkiksi geofyysikot, jotka tutkivat maan muodonmuutoksia ja siten painovoiman muutoksia.

(Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 23.09.2009 - NPO)