Standort: science.ORF.at / Meldung: "Quanten: Heiß und kalt zugleich"

Momentaufnahmen eines Films, der zeigt, wie ein Quanteninterferenzmuster aus einzelnen Phthalocyanin-Molekülen entsteht

Quanten: Heiß und kalt zugleich

In der Welt der Quanten geht es mitunter sonderbar zu. Das bestätigen einmal mehr Experimente von Wiener Physikern. Sie weisen nach: Ultrakalte Atomwolken können gleichzeitig mehrere Temperaturen haben.

Physik 10.04.2015

Dass sich Lichtteilchen und Elektronen mal als Korpuskel, mal als Welle zu erkennen geben, ist ein glatter Widerspruch - es sei denn, man ist bereit, das "Entweder-Oder" der klassischen Logik aufzugeben. Das gilt nämlich, so erklären uns die Physiker, bei den Quanten nicht.

Nicht minder schwer zu begreifen ist das Verhalten von Teilchen, sogenannten Bosonen, wenn man sie auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abkühlt. Dann bilden sie ein "Bose-Einstein-Kondensat" (BEC) - ein Zustand, bei dem die Teilchen in Gleichschritt fallen und zu einem Kollektiv verschmelzen, in dem jede Individualität verschwindet.

Solch ein BEC haben nun Forscher um Jörg Schmiedmayer und sein Team am Atominstitut der Technischen Universität (TU) Wien mit Hilfe von Rubidium-Atomen hergestellt und dabei einige spektakuläre Effekte erzielt.

Brücke zwischen zwei Welten

Die Studie

"Experimental Observation of a Generalized Gibbs Ensemble", Science (9.4.2015, doi: /10.1126/science.1257026; Preprint der Studie bei arXiv).

Atomchip

TU Wien

Mit diesem Atomchip wurde das BEC manipuliert

Wie die Forscher im Fachblatt "Science" schreiben, kann man die Atomwolke des BEC mit elektrischen und magnetischen Feldern gefangen halten und gegebenenfalls auch auseinanderreißen. Letzteres erzeugt Schwingungen, die die Temperatur der Wolke nach Quantenmanier ins Absurde verschieben.

Die Atomwolke hat dann nämlich mehrere Temperaturen gleichzeitig - wohlgemerkt am selben Ort. Die Unterschiede sind beachtlich. Ursprünglich war die Atomwolke etwa 10 Nanokelvin kalt, "wir haben aber Wellen mit fünf und andere mit 25 Nanokelvin gemessen", sagt Schmiedmayer.

Laut dem Wiener Physiker ist dieser Effekt eine Brücke zwischen zwei getrennten Welten: "eine fundamentale Eigenschaft auf dem Weg zwischen Quanten- und klassischer Physik". Langsfristig könnte er auch in der Technologie Anwendung finden. Und zwar dort, wo man das Rauschen unterdrücken und Signale schärfen will: etwa bei Speichermedien für Quanteninformation oder in Interferometern.

Robert Czepel, science.ORF.at

Mehr zu diesem Thema: