Ultrakalte Materie

Jörg Schmiedmayer, Wittgensteinpreis 2006:
TU – Wien, Atominstitut, Stadionallee 2, A-1020 Wien
www.atomchip.org

Atomchips und interferierende Atome

Atomchips und interferierende Atome

 

Ort Atominstitut, TU-Wien, Stadionallee 2, 1020 Wien
Datum 25.06.2014
PDF Schmiedmayer_flyer

Temperatur ist ungeordnete Bewegung.  Am absoluten 0-Punkt steht alles still.  Wie weit können wir Materie abkühlen? Warum wollen wir das tun? Und was passiert bei den tiefsten Temperaturen? Bei Raumtemperatur bewegen sich Atome und Moleküle in der Gasphase mit Geschwindigkeiten von mehreren Hundert Metern pro Sekunde. Mit Hilfe von Laserlicht kann man Atome auf Geschwindigkeiten von wenigen Zentimetern pro Sekunde abbremsen und auf Temperaturen weit unter 1/1000 Kelvin abkühlen. Diese Atome werden dann in magnetischen Flaschen eingefangen und weiter abgekühlt, bis sie Quanteneigenschaften annehmen. Diese ultrakalten Quantengase haben Temperaturen, die nur mehr wenige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt liegen, sind die kälteste Materie, die wir im Labor herstellen können und der Ausgangspunkt vieler faszinierender Experimente, die einen weiten Bereich der Physik abdecken: Dies reicht von den präzisesten Uhren bis hin zu Quantensimulationen von komplexen Materialen oder Vorgängen im frühen Universum.

Interessante Fragestellungen, die beim Vorbereiten helfen:

  • Was ist Temperatur?
  • Wie schnell bewegen sich die Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle bei 20°C?
  • Wie schnell ist ein Rubidium Atom bei einer Temperatur von 1K, 0.001K und 10-6K?
  • Was ist eine Welle?  Was ein Teilchen? Was eine Materiewelle?
  • Welche grundlegenden Eigenschaften der Quantenmechanik kann ich mit ultrakalten Atomen untersuchen?
  • Wie messen wir Zeit?
  • Wie funktioniert eine Atomuhr?

Ressourcen in Internet:

Temperatur
(DE) https://de.wikipedia.org/wiki/Temperatur
(DE) http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/kinetische-gastheorie/versuche
(DE) https://de.wikipedia.org/wiki/Absoluter_Nullpunkt

Kühlen von Atomen
(EN) http://www.colorado.edu/physics/2000/bec

Fangen von Atomen, Ionen, Staubteilchen
(DE) http://de.wikipedia.org/wiki/Paul-Falle
(DE) http://de.wikipedia.org/wiki/Levitron#Magnetische_Levitation
(EN) http://www.colorado.edu/physics/2000/bec/mag_trap.html