Atominstitut
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2012-02-01 [ ]

Atomlaser mit Ausreißern

ATI Forschungsgruppe wiederholt das klassische Hanbury-Brown-Twiss Experiment mit Materiewellen

Ein Bose-Einstein-Kondensat fällt nach unten, expandiert dabei und wird in einer dünnen Schicht aus Licht vermessen.

Thorsten Schumm, Christian Koller, Aurelien Perrin, Stephanie Manz (v.l.n.r.)

Das Licht eines Lasers und einer klassischen Glühbirne unterscheidet sich nicht nur in seinen offensichtlichen Eigenschaften wie Intensität, Farbe und Fokussierbarkeit sondern auch auf der grundlegenden Quantenebene. Das berühmte Hanbury-Brown-Twiss Experiment konnte in den 60er Jahren zeigen, das die Photonen eines Laser völlig gleichmäßig über den Laserstrahl verteilt sind, wahrend sie sich bei einer thermischen Lichtquelle in Paaren zusammenfinden, dem sog. „bunching“. Mathematisch beschrieben wird dieses Verhalten durch die sog. Korrelationsfunktion, dabei bedeutet ein Wert von 1 eine gleichmäßige Verteilung von Photonen (beim Laser) und ein Wert von 2 die Paarbildung (bei klassischem Licht)

Ähnliche Experimente können seit kurzem auch mit Materiewellen durchgeführt werden. Bei extrem tiefen Temperaturen (1 Millikelvin) geht ein atomares Gas in einen kollektiven Aggregatzustand über – das Bose-Einstein-Kondensat - , welches sich sehr ähnlich dem Laser verhält.

In der Gruppe von Prof. Jörg Schmiedmayer wurde nun das Hanbury-Brown-Twiss Experiment erstmals mit Materiewellen durchgeführt, während diese vom klassischen Gas zu einem Bose-Einstein-Kondensat abgekühlt werden. Dabei zeigt sich ein Verhalten, welches von der Analogie mit Licht abweicht: Der Übergang vollzieht sich nicht schlagartig, wie bisher vorhergesagt sondern langsam und kontinuierlich, die Korrelationsfunktion hat ein komplexes Verhalten und nimmt teilweise sogar Werte unter 1 an. Grund dafür sind - anders als bei Photonen – Wechselwirkungen zwischen den Teilchen und die endliche, wenn auch extrem niedrige Temperatur. 

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TU Presseaussendung