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Forschungsgruppe - Non-Classical States of Matter

Zwei Milliarden Rubidium-Atome (rot, in der Mitte der Glaszelle), in einer durch mit UV-Licht induzierten Desorption unterstützte, magneto-optische Falle gefangen. Foto: Oliver Topic

Seit der Heisenberg‘schen Unschärferelation von 1927 ist bekannt, dass physikalische Observable nicht mit beliebiger Präzision gemessen werden können. Nichtsdestotrotz können quantenmechanische Zustände mit außergewöhnlich kleinen Fluktuationen erzeugt werden – sogenannte gequetschte Zustände. Laserlicht in gequetschten, nicht-klassischen Zuständen hat gerade den Sprung vom Forschungsobjekt zum Präzisions-Messwerkzeug bewältigt. Ergänzend dazu haben sich die Präzisionsmessungen mit Atomen anstatt Photonen in den letzten Jahrzehnten dramatisch verbessert. Es ist daher von besonderem Interesse, mögliche Wege zur Erzeugung solcher gequetschter Materiewellen zu erforschen.

In dieser Arbeitsgruppe wird ein neuer Prozess zur Erzeugung gequetschter Materiewellen untersucht, basierend auf dem Pendant des optischen Lasers, dem Bose-Einstein-Kondensat (BEC). Atomare BECs bestehen aus ultrakalten, gasförmigen Atomen, die sich alle im gleichen Quantenzustand befinden. Die Forscher haben ein BEC aus Rubidium-Atomen erzeugt, die sich im Magnetfeld wie kleine Magnete ausrichten lassen. Zunächst wurden alle Atome horizontal ausgerichtet. In diesem Fall haben sich spontan atomare Paare gebildet, die zueinander entgegensetzt auf- und abwärts gerichtet sind. Dieser Prozess lässt sich theoretisch durch die Verstärkung von inhärenten Schwingungen des Vakuums beschreiben, den sogenannten Vakuumfluktuationen. Zurzeit werden Messungen durchgeführt, um zu zeigen, dass die produzierten auf- und abwärtsgerichteten Atompaare tatsächlich über gequetschte Observable verfügen. Schließlich soll mit diesen neuen, nicht-klassischen Zuständen ein Prototyp eines Interferometers realisiert werden, dessen Präzision von den unterdrückten Fluktuationen profitiert.