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Donnerstag, 19.01.2017
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Atome im Formationsflug

Erstmalig Beobachtung ungewöhnlichen Atomverhaltens

Herbst ist eigentlich die Zeit der in Formation fliegenden Zugvögel, aber jetzt haben Physiker erstmals auch Atome beim Formationsflug beobachtet. Während Gänse und Flugzeuge dabei jedoch ein klassisches „V“ bevorzugen, flogen die Strontiumatome – choreographiert von Laserpulsen und ultrakalten Temperaturen – in Würfelform. Dieses bizarre Verhalten könnte nach Ansicht der Forscher sogar allen Atomen unter ähnlichen Bedingungen eigen sein.
Strontiumatome bei würfelförmigem Formationsflug

Strontiumatome bei würfelförmigem Formationsflug

Noch niemals zuvor war es Wissenschaftlern gelungen, Atome bei einem solchen Flug zu beobachten, so der Physiker Jun Ye vom amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST). Erst die einzigartigen physikalischen Eigenschaften des Strotium, vor allem die Konfiguration seiner Elektronen, machten dies möglich. Denn sie absorbieren Laserlicht in zwei spezifischen Resonanzfrequenzen, einer starken im blauen Bereich und einer schwachen im roten Bereich. Diese Eigenschaft könnte Strontium auch für einen Einsatz in der nächsten Generation von Atomuhren prädestinieren.

Die Wissenschaftler führten das Experiment mit einer dichten, gasförmigen Wolke aus hundert Milionen Strontiumatomen durch. Die Atome wurden mithilfe eines Magetfelds und sechs sich überkreuzenden blauen Laserstrahlen in der Mitte einer Vakuumkammer gehalten. Auf diese Weise eingefangen, kühlten sich die Atome von anfänglich 800 Kelvin auf nur noch ein MilliKelvin ab. Mit rotem Laserlicht kühlten die Forscher das Strontium anschließend noch weiter bis auf rund 250 NanoKelvin – fast bis zum absoluten Nullpunkt - herunter.

An diesem Punkt wurde das Magnetfeld abgeschaltet und die roten Laserstrahlen auf eine Frequenz knapp über der Resonanzfrequenz eingestellt. Dadurch angeregt begannen die Atome in kubischer Formation auseinander zu fliegen. Spezielle Kameras und Laserapparaturen nahmen den Flug der Atome auf. Die eigentümliche Flugformation wird zum Teil durch einen Rückstoßeffekt ausgelöst, so die Wissenschaftler. Bei der Absorption eines Lichtteilchens aus dem Laserstrahl wird das Atom in Richtung Laser „geschubst“. Der kombinierte Effekt von allen sechs Laserstrahlen ballt die Atome in würfelförmigen cLustern zusammen und jagt sie mit Geschwindigkeiten von zehn bis 15 Zentimetern pro Sekunde durch die Kammer.
(National Institute Of Standards And Technology, 27.08.2004 - NPO)
 
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