Der zentrale Teil des Experiments, in dem die kohärenten Materiewellen erzeugt werden. UVA
Die Quantenmechanik schreibt vor, dass Teilchen wie Atome auch als Wellen betrachtet werden sollten und dass wir technisch bauen können 'Atomlaser' mit kohärenten Materiewellen. Das Problem besteht darin, diese Materiewellen dauerhaft zu machen, damit sie in praktischen Anwendungen verwendet werden können.
Nun hat ein Team von Amsterdamer Physikern gezeigt, dass dies mit einer gewissen Manipulation von t tatsächlich möglich istdas Konzept, das dem Atomlaser zugrunde liegt, der sogenannte Bose-Einstein-Kondensat, oder kurz BEC, laut Pressemitteilungveröffentlicht am 10. Juni
Erzeugung eines kontinuierlichen Bose-Einstein-Kondensats
Das schwierige Problem, ein kontinuierliches Bose-Einstein-Kondensat zu erzeugen, ist den Forschern nun gelungen. Florian Schreck, der Teamleiter, erklärt in der Erklärung, wie sie das geschafft haben.
„In früheren Experimenten wurde die allmähliche Abkühlung von Atomen an einem Ort durchgeführt. In unserem Aufbau entschieden wir uns, die Abkühlungsschritte nicht über die Zeit, sondern räumlich zu verteilen: Wir bringen die Atome dazu, sich zu bewegen, während sie durch die aufeinanderfolgende Abkühlung fortschreitenAm Ende erreichen ultrakalte Atome das Herzstück des Experiments, wo sie in einem BEC zur Bildung kohärenter Materiewellen verwendet werden können, aber während diese Atome verwendet werden, sind bereits neue Atome auf dem Weg, um das BEC wieder aufzufüllen.Auf diese Weise können wir den Prozess am Laufen halten – im Grunde für immer“, sagte Schrek.
Während die Idee relativ einfach war, war es nicht so, sie in die Praxis umzusetzen. Chun-Chia Chen, Erstautorin der Studie, erinnerte sich:
„Bereits im Jahr 2012 realisierte das Team – damals noch in Innsbruck – eine Technik, die es ermöglichte, ein BEC vor Laserkühllicht zu schützen und damit erstmals eine Laserkühlung bis hin zum entarteten Zustand zu ermöglichen, der für kohärente Wellen benötigt wird.Dies war zwar ein entscheidender erster Schritt in Richtung der lang gehegten Herausforderung, einen kontinuierlichen Atomlaser zu bauen, aber es war auch klar, dass eine spezielle Maschine benötigt würde, um weiter voranzukommen.Als wir 2013 nach Amsterdam umzogen, begannen wir mit einem Vertrauensvorschuss, geliehenes Geld, ein leerer Raum und ein Team, das vollständig aus persönlichen Zuschüssen finanziert wurde. Sechs Jahre später, in den frühen Morgenstunden des Weihnachtsmorgens 2019, stand das Experiment endlich kurz vor der Arbeit. Wir hatten die Idee, einen zusätzlichen Laserstrahl hinzuzufügeneine letzte technische Schwierigkeit zu lösen, und sofort zeigte jedes Bild, das wir aufgenommen haben, ein BEC, das erste Dauerstrich-BEC.“
Nachdem es den Forschern nun gelungen ist, ein kontinuierliches Bose-Einstein-Kondensat zu erzeugen, hoffen sie, mit dem Laser einen stabilen Ausgangsstrahl aus Materie zu erzeugen. Wenn es ihnen gelingt, Laser herzustellen, die nicht nur ewig funktionieren, sondern auch könnenstabile Träger erzeugen, die Bewerbungen werden grenzenlos sein.
Natürlich haben die Forscher noch einiges zu tun. Aber ihre Arbeit ist sowohl vielversprechend als auch spannend.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.
Zusammenfassung:
Bose-Einstein-Kondensate BECs sind makroskopisch kohärente Materiewellen, die die Quantenwissenschaft und Atomphysik revolutioniert haben. Sie sind wichtig für die Quantensimulation1 und -sensorik2,3, zum Beispiel zugrunde liegende Atominterferometer im Weltraum4 und ehrgeizige Tests von Einsteins Äquivalenzprinzip5,6. Eine seit langem bestehende Einschränkung für Quantengasgeräte stellt die Notwendigkeit dar, Kühlstufen zeitsequentiell auszuführen, wodurch diese Geräte auf gepulsten Betrieb beschränkt sind.Hier demonstrieren wir eine kontinuierliche Bose-Einstein-Kondensation, indem wir ein kontinuierliches Strontium-Kondensat CW erzeugenAtome, die unbegrenzt andauern. Die kohärente Materiewelle wird durch Verstärkung durch Bose-stimulierte Gewinnung von Atomen aus einem Thermalbad aufrechterhalten. Indem wir dieses Bad stetig auffüllen und gleichzeitig 1.000-mal höhere Phasenraumdichten als in früheren Arbeiten erreichen7,8, halten wir die Bedingungen für aufrechtKondensation Unser Experiment ist das Materiewellen-Analogon eines optischen CW-Lasers mit vollständig reflektierenden ResonatorspiegelnDie Roof-of-Principle-Demonstration liefert ein neues, bisher fehlendes Stück Atomoptik, das den Bau von Geräten für kontinuierliche kohärente Materiewellen ermöglicht.