Superatom erzeugt

Physiker der Universität Münster haben zusammen mit Fachkollegen in Kaiserslautern, den USA und der Ukraine erstmals erfolgreich zeigen können, was Albert Einstein bereits 1924 vorher gesagt hatte: einen Super-Quantenzustand von magnetischen Wellen ohne Kühlung bei Raumtemperatur. Ein Bericht über diese Aufsehen erregende Forschungsarbeit am „Center for Nonlinear Science“ erschien in der "Nature".  

Die so genannte Bose-Einstein-Kondensation beschreibt einen neuartigen Zustand von Materie, bei dem alle Atome ihre Eigenständigkeit verlieren und unisono – wie ein einzelnes Quantenobjekt – im Gleichtakt schwingen. Dieses "Superatom" ist eines der faszinierendsten Phänomene der Physik, da die Quantennatur der Materie hier deutlich hervortritt. Es ist benannt nach Satyendra Nath Bose und Albert Einstein, die das Phänomen vor mehr als 80 Jahren vorhergesagt hatten.  

Die Bose-Einstein-Kondensation findet jedoch nur unter ganz bestimmten Bedingungen statt: Die Dichte der Teilchen muss einen kritischen Wert überschreiten. Obwohl Einstein überzeugt war, dass dies auch bei typischen Umgebungstemperaturen gelingen müsste, ist die Bose-Einstein Kondensation bisher nur bei sehr kleinen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gelungen. Durch die Schwierigkeit, ultra-tiefe Temperaturen zu erzeugen, gehörte die Erzeugung eines Bose-Superatoms zu den größten Herausforderungen der modernen experimentellen Physik des letzten Jahrhunderts. Erst im Jahr 2001 wurde die experimentelle Beobachtung einer Bose-Einstein-Kondensation in extrem ultra-kalten, verdünnten Alkali-Gasen mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Es schien seitdem völlig unmöglich, Bose-Einstein-Kondensation von Atomen bei Raumtemperatur zu beobachten, da die erforderlichen Atomdichten bei Raumtemperatur sofort zur Bildung von Flüssigkeiten oder Festkörper führen.  

Allerdings können nicht nur Atome diese Kondensation zeigen. Gase magnetischer Quanten in Festkörpern, so genannte Magnonengase, sind Atomgasen sehr ähnlich und existieren bereits bei Raumtemperatur. Allerdings können auch sie nicht einfach in den Zustand der Bose-Einstein-Kondensation versetzt werden, da die erforderliche Dichte genau wie beim Atomgas nicht erreicht werden kann. Einer Gruppe von Physikern um Prof. Sergej Demokritov aus dem Institut für Angewandte Physik ist es jedoch gelungen, dieses Hindernis auf dem Weg zu einem Bose-Einstein-Kondensat bei Raumtemperatur zu überwinden. Mit Hilfe von Mikrowellen erzeugten sie zusätzliche Magnonen und mischten sie den vorhandenen Magnonen bei. Obwohl die zusätzlichen Magnonen nur eine Millionstel Sekunde existieren, reichte diese Zeit, um das Verhalten des magnetischen Supergases mit einem Laserstrahl zu untersuchen. So konnten die Wissenschaftler  zeigen, dass der kollektive Quantenzustand bei Raumtemperatur erreicht wird, wie es Albert Einstein vorhergesagt hatte.