Die Entdeckung der magnetischen Bose-Einstein-Kondensation bei Raumtemperatur, die Prof. Burkard Hillebrands, Fachbereich Physik der TU Kaiserslautern, und sein früherer Mitarbeiter Prof. Sergej Demokritov, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, gemeinsam mit Kollegen in den USA und der Ukraine gemacht hat, wurde zu den zwölf wichtigsten Physikneuigkeiten im Jahre 2006 gewählt. Die Auswahl erfolgte durch das in London ansässige Institute of Physics, das unter anderem die Zeitschrift "Nature" herausgibt.
Die 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. Der Effekt ist nach Satyendra Nath Bose und Albert Einstein benannt, die ihn bereits 1924 vorhergesagt hatten.
Die Bose-Einstein-Kondensation findet jedoch nur unter ganz bestimmten Bedingungen statt: so muss das Gas eingeschlossen sein und die Dichte der Teilchen einen kritischen Wert überschreiten. Obwohl Albert Einstein überzeugt war, dass dies auch bei typischen Umgebungstemperaturen gelingen müsste, ist die Bose-Einstein Kondensation bisher nur bei sehr tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gelungen. Daher gehörte die Erzeugung eines Bose-Superatoms zu den herausfordernsten Aufgaben 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, sogenannte Magnonengase, sind Atomgasen sehr ähnlich. Allerdings können auch sie nicht einfach in den Zustand der Bose-Einstein-Kondensation versetzt werden, da die erforderliche Magnonendichte genau wie beim Atomgas nicht auf einfachem Wege erreicht werden kann. Diese Schwierigkeit wurde nun durch das Team um Hillebrands und Demokritov mit einem neuartigen Ansatz elegant gelöst. Mit Hilfe von Mikrowellen erzeugen sie zusätzliche Magnonen und mischen sie den vorhandenen Magnonen bei. Obwohl die zusätzlichen Magnonen nur eine Millionstel Sekunde existieren, reichte diese Zeit den Wissenschaftlern, um das Verhalten des magnetischen Supergases mit einem Laserstrahl als Messfühler zu untersuchen.
So konnten die Wissenschaftler erfolgreich zeigen, dass der kollektive Quantenzustand bei Raumtemperatur erreicht wird, wie es Albert Einstein vorhergesagt hatte: ein magnetisches Bose-Einstein-Kondensat ohne jede Kühlung.
Der Bericht über diese Arbeit wurde am 29. September 2006 in der Zeitschrift "Nature" veröffentlicht.
Die 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. Der Effekt ist nach Satyendra Nath Bose und Albert Einstein benannt, die ihn bereits 1924 vorhergesagt hatten.
Die Bose-Einstein-Kondensation findet jedoch nur unter ganz bestimmten Bedingungen statt: so muss das Gas eingeschlossen sein und die Dichte der Teilchen einen kritischen Wert überschreiten. Obwohl Albert Einstein überzeugt war, dass dies auch bei typischen Umgebungstemperaturen gelingen müsste, ist die Bose-Einstein Kondensation bisher nur bei sehr tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt gelungen. Daher gehörte die Erzeugung eines Bose-Superatoms zu den herausfordernsten Aufgaben 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, sogenannte Magnonengase, sind Atomgasen sehr ähnlich. Allerdings können auch sie nicht einfach in den Zustand der Bose-Einstein-Kondensation versetzt werden, da die erforderliche Magnonendichte genau wie beim Atomgas nicht auf einfachem Wege erreicht werden kann. Diese Schwierigkeit wurde nun durch das Team um Hillebrands und Demokritov mit einem neuartigen Ansatz elegant gelöst. Mit Hilfe von Mikrowellen erzeugen sie zusätzliche Magnonen und mischen sie den vorhandenen Magnonen bei. Obwohl die zusätzlichen Magnonen nur eine Millionstel Sekunde existieren, reichte diese Zeit den Wissenschaftlern, um das Verhalten des magnetischen Supergases mit einem Laserstrahl als Messfühler zu untersuchen.
So konnten die Wissenschaftler erfolgreich zeigen, dass der kollektive Quantenzustand bei Raumtemperatur erreicht wird, wie es Albert Einstein vorhergesagt hatte: ein magnetisches Bose-Einstein-Kondensat ohne jede Kühlung.
Der Bericht über diese Arbeit wurde am 29. September 2006 in der Zeitschrift "Nature" veröffentlicht.
