Eigenschaften des Bose Einstein Kondensats

Erstmals von Albert Einstein vorhergesagt, stellen Bose-Einstein-Kondensate eine seltsame Anordnung von Atomen dar, die erst 1995 in Labors verifiziert wurde. Diese Kondensate sind kohärente Gase, die bei Temperaturen entstehen, die kälter sind als in der Natur. Innerhalb dieser Kondensate verlieren Atome ihre individuelle Identität und verschmelzen zu einem, was manchmal als „Superatom“ bezeichnet wird.

Im Jahr 1924 untersuchte Satyendra Nath Bose die Idee, dass Licht reiste in winzigen Paketen, heute als Photonen bekannt. Er definierte bestimmte Verhaltensregeln und schickte sie an Albert Einstein. Im Jahr 1925 sagte Einstein voraus, dass die gleichen Regeln für Atome gelten würden, da sie auch Bosonen mit einem ganzzahligen Spin sind. Einstein arbeitete seine Theorie aus und stellte fest, dass es bei fast allen Temperaturen kaum Unterschiede geben würde. Er fand jedoch heraus, dass bei extrem kalten Temperaturen etwas sehr Seltsames passieren sollte – das Bose-Einstein-Kondensat.

Die Temperatur ist einfach ein Maß für die atomare Bewegung. Heiße Gegenstände bestehen aus Atomen, die sich schnell bewegen, während kalte Gegenstände aus Atomen bestehen, die sich langsam bewegen. Während die Geschwindigkeit einzelner Atome variiert, bleibt die mittlere Geschwindigkeit der Atome bei einer gegebenen Temperatur konstant. Bei der Diskussion von Bose-Einstein-Kondensaten ist es notwendig, die absolute oder Kelvin-Temperaturskala zu verwenden. Der absolute Nullpunkt entspricht -459 Grad Fahrenheit, der Temperatur, bei der alle Bewegung aufhört. Bose-Einstein-Kondensate bilden sich jedoch erst bei Temperaturen von weniger als 100 Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Wie von der Bose-Einstein-Statistik vorhergesagt, existieren bei sehr niedrigen Temperaturen die meisten Atome in einer bestimmten Probe auf demselben Quantenniveau. Wenn sich die Temperaturen dem absoluten Nullpunkt nähern, sinken immer mehr Atome auf ihr niedrigstes Energieniveau. Dabei verlieren diese Atome ihre individuelle Identität. Sie überlagern sich und verschmelzen zu einem nicht unterscheidbaren atomaren Klecks, dem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat. Die kälteste Temperatur, die es in der Natur gibt, liegt im Weltraum bei etwa 3 Grad Kelvin. 1995 gelang es Eric Cornell und Carl Wieman jedoch, eine Probe von 2.000 Rubidium-87-Atomen auf weniger als 1 Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt, wodurch zunächst ein Bose-Einstein-Kondensat entsteht Zeit.

Wenn Atome abkühlen, verhalten sie sich eher wie Wellen und weniger wie Teilchen. Wenn sie ausreichend abgekühlt sind, dehnen sich ihre Wellen aus und beginnen sich zu überlappen. Dies ist vergleichbar mit dem Kondensieren von Dampf auf einem Deckel beim Kochen. Das Wasser verklumpt zu einem Wassertropfen oder Kondensat. Dasselbe geschieht mit Atomen, nur ihre Wellen verschmelzen. Bose-Einstein-Kondensate ähneln Laserlicht. Anstelle von Photonen, die sich gleichförmig verhalten, sind es jedoch die Atome, die in perfekter Vereinigung existieren. Wie ein Wassertropfen, der kondensiert, verschmelzen die niederenergetischen Atome zu einem dichten, nicht zu unterscheidenden Klumpen. Ab 2011 beginnen Wissenschaftler gerade erst, die unbekannten Eigenschaften von Bose-Einstein-Kondensaten zu untersuchen. Genau wie beim Laser werden Wissenschaftler zweifellos viele Anwendungen für sie entdecken, die der Wissenschaft und der Menschheit zugute kommen.