Innsbrucks Quantenphysiker an der Weltspitze

Das Wissenschaftsmagazin Science berichtete gestern in seiner Expressausgabe über den neuerlichen Erfolg der Innsbrucker Quantenphysiker. "Es freut uns ganz besonders, dass wir als Außenseiter dieses Rennen für uns entscheiden konnten", strahlt Rudolf Grimm. "Denn als das Science Magazin im August über diesen Wettlauf berichtete, waren wir noch gar nicht im Rennen." Der Arbeitsgruppe um Prof. Grimm ist es in kürzester Zeit gelungen, dieses Experiment erfolgreich durchzuführen. "Das hat einfach mit der großen Erfahrung zu tun, die wir in der Zwischenzeit mit Bose-Einstein-Kondensaten und ultrakalten Atomen erworben haben." Bereits im Sommer gelang den Innsbrucker Quantenphysikern erstmals die direkte Beobachtung von ultrakalten Molekülen. Und bis heute ist Innsbruck der einzige Ort, an dem mit Cäsium-Kondensaten gearbeitet wird.

Auf dem Umweg zum Erfolg

In dem erfolgreichen Experiment arbeiteten die Innsbrucker Experimentalphysiker mit einem fermionischen Gas aus Lithum-6-Atomen. Fermionen lassen sich nicht effizient abkühlen und in einen gemeinsamen Quantenzustand zwingen. Deshalb nahmen die Forscher einen Umweg in Kauf und verbanden die Atome durch chemische Reaktion paarweise zu Molekülen. Diese konnten dann so weit abgekühlt werden bis sie ein Kondensat bildeten. Mit dem Erfolg von Selim Jochim, Markus Bartenstein, Alexander Altmeyer, Stefan Riedl, Gerhard Hendl, Cheng Chin, Johannes Hecker Denschlag und Rudolf Grimm ist ein erstes, wichtiges Etappenziel auf dem Weg zu fermionischen Kondensaten erreicht. "Der nächste Schritt bestünde nun darin, die Moleküle wieder zu lösen und daraus locker gebundene Atompaare zu machen", so Rudolf Grimm. Die Erzeugung kalter Fermionen gilt als großes Ziel der Experimentalphysiker, weil damit nach Ansicht von Experten der Weg zur Lösung vieler offener Fragen der Physik geebnet würde.
Wie einer Vorabinformation zu entnehmen ist, soll zeitgleich mit den Innsbrucker Forschern die Arbeitsgruppe um Deborah Jin von der University of Colorado ein ähnliches Experiment erfolgreich durchgeführt haben. Der große Vorteil des Innsbrucker Experiments gegenüber Jins Versuch ist die extreme Stabilität des Molekül-Kondensats, die mit rund 20 Sekunden um den Faktor 1.000 höher liegt als bei den Amerikanern.

Supraleitung erklären

"Für die Wissenschaft ist dieses Experiment von großer Bedeutung, da die unterschiedlichen Zustände der Quantenmaterie durch einfaches Verändern der Magnetfelder untersucht werden können und damit auch Bereiche analysiert werden können, für die es bis heute keine brauchbaren Theorien gibt", betont Prof. Grimm. So ließen sich dann etwa genauere Aussagen über die Vorgänge bei Supraleitung machen. Supraleitende Materialien sind in der Lage elektronische Ladung verlustfrei zu transportieren. Erkenntnisse in diesem Bereich sind auch für zukünftige Anwendungen von großer Bedeutung.

Zukunftsträchtige Forschung

Die Untersuchung von kalten fermionischen Atomen könnte in Zukunft den Schlüssel für die Lösung zahlreicher wichtiger und bisher ungelöster Fragen in der Festkörper- und der Nuklearphysik sowie in der Astrophysik und der Kosmologie bieten. Die Arbeiten an fremionischer Quantenmaterie stellen deshalb auch einen wichtigen Schwerpunkt der Forschungszusammenarbeit zwischen der Universität Innsbruck und dem im September gegründeten Akademieinstitut für Quantenoptik und Quanteninformation dar. Im neu gebauten ICT Technologiepark der Universität Innsbruck, in dem das neue Institut untergebracht wird, werden die Quantenphysiker infrastrukturell ideale Rahmenbedingungen für ihre aufwändigen Forschungsarbeiten vorfinden. Wie die jüngsten Erfolge zeigen, ist Innsbruck aber bereits jetzt gut gerüstet für den vielbeachteten Wettlauf um fermionische Kondensate. (cf)