Stuttgarter Physiker untersuchen Rydberg-Atome in
Bose-Einstein-Kondensaten.
So genannte
Rydberg-Atome, benannt nach dem Schwedischen Physiker Johannes Rydberg,
sind mehrere tausend Mal größer als normale Atome. Physiker der
Arbeitsgruppe von Professor Tilman Pfau vom 5. Physikalischen Institut
der Universität Stuttgart berichten nun über die Untersuchung von
hochangeregten Rydberg-Atomen in einem Bose-Einstein-Kondensat. Daraus
ergeben sich neue Ansätze zur Untersuchung quantenphysikalischer
Phänomene. Die Stuttgarter Physiker stellten fest, dass sich
Rydberg-Atome durch starke gegenseitige Wechselwirkungen zu einem so
genannten "Superatom" zusammentun.
Gefangene Rubidium-Atome (leuchtend rot in der
Bildmitte) werden durch einen blauen Laserstrahl in den
Rydberg-Zustand angeregt
Ein solches Superatom umfasst bis zu 10.000
Atome, welche gemeinsam eine einzige Rydberg-Anregung teilen. In einem
weiteren Experiment zeigten die Wissenschaftler, dass trotz der
starken Wechselwirkungen die Anregung kohärent erfolgt, was für die
Anwendung in Quanten-Computerkonzepten unverzichtbar ist. Über die
Ergebnisse berichteten die Stuttgarter Forscher in den international
renommierten Physical Review Letters (siehe unten). Die Publikation
ist in diesem Jahr bereits die dritte Veröffentlichung der Gruppe in
Folge zum Thema kohärente Rydberg-Anregung ultrakalter Atome.
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.
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.
Quellen und Artikel:
-
Rolf Heidemann, Ulrich Raitzsch, Vera Bendkowsky, Björn Butscher,
Robert Löw, Tilman Pfau: Rydberg excitation of Bose-Einstein condensates.
arXive: cond-mat 0710.5622; Physical Review Letters in press
(2007) -
PDF
-
U. Raitzsch, V. Bendkowsky, R. Heidemann, B.
Butscher, R. Löw, T. Pfau: An echo experiment in a strongly interacting Rydberg gas. Phys. Rev. Lett. in press; arXive: quant-phys 0706.2639
(2007) -
PDF
-
Rolf Heidemann, Ulrich Raitzsch, Vera Bendkowsky,
Björn Butscher, Robert Löw, Luis Santos, and Tilman Pfau: Evidence for Coherent Collective Rydberg Excitation in the Strong
Blockade Regime.
In: Physical Review Letters -
Phys. Rev. Lett. 99, 163601 (2007);
doi
10.1103/PhysRevLett.99.163601.
