So genannte Rydberg-Atome, benannt nach dem Schwedischen Physiker Johannes Rydberg, sind mehrere tausend Mal größer als normale Atome. Physiker haben nun hochangeregte Rydberg-Atomen in einem Bose-Einstein-Kondensat untersucht und dabei festgestellt, dass sich diese durch starke gegenseitige Wechselwirkungen zu einem so genannten „Superatom“ zusammentun.
Die Ergebnisse könnten zu neuen Ansätzen zur Untersuchung quantenphysikalischer Phänomene führen, so die Forscher um Professor Tilman Pfau von der Universität Stuttgart in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters. Die Veröffentlichung ist in diesem Jahr bereits die dritte des Teams in Folge zum Thema kohärente Rydberg-Anregung ultrakalter Atome.
Wie die Wissenschaftler in ihrer Studie feststellten, umfasst ein Superatom bis zu 10.000 Atome, die gemeinsam eine einzige Rydberg-Anregung teilen. In einem weiteren Experiment zeigten die Physiker, dass trotz der starken Wechselwirkungen die Anregung kohärent erfolgt, was für die Anwendung in Quanten-Computerkonzepten unverzichtbar ist.
Wie sich Atome wohlfühlen
Das locker gebundene Elektron von Rydberg-Atomen reagiert besonders empfindlich auf elektrische Felder und andere Rydberg-Atome in der Nähe. So können sich Rydberg-Atome über Distanzen von etwa fünf Mikrometern hinweg fühlen. Das entspricht dem 50-fachen ihrer eigenen Größe und ist halb so groß wie ein rotes Blutkörperchen. Für Atome sind das gigantische Entfernungen.
Außerdem kann in dem gut geschützten Kernspin von Rydberg-Atomen Quanten-Information gespeichert werden, weswegen die „Superatome“ auch als mögliche Systeme gehandelt werden, um einen Quanten-Computer zu realisieren, so die Wissenschaftler des 5. Physikalischen Instituts.
Modell-System für die Vielteilchen-Physik
Mit Rydberg-Atomen in einem Bose-Einstein-Kondensat hat man darüber hinaus ein Modell-System zur Verfügung, um Fragen der Vielteilchen-Physik, neuartige Moleküle sowie Störstellen in einem Quantengas zu untersuchen. Es wird erwartet, dass sich solche Störstellen völlig reibungsfrei in dem Gas bewegen können.
(idw – Universität Stuttgart, 17.12.2007 – DLO)
