Kühlidee aus Innsbruck erstmals realisiert

Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching haben einen neuen Kühlmechanismus für die Quantentechnologie verwirklicht. Die Idee dazu kam aus Innsbruck: Prof. Helmut Ritsch und seine Kollegen vom Institut für Theoretische Physik publizierten vor sechs Jahren erstmals die theoretische Beschreibung des Verfahrens.
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Die deutschen Forscher haben eine neue Methode realisiert, mit der einzelne Atome gezielt abgebremst und präzise positioniert werden können. Die Verwirklichung des von Prof. Ritsch und seinen Kollegen vorgeschlagenen Verfahrens wird als wichtiger Schritt zur Entwicklung eines universell einsetzbaren Kühlverfahrens für die Quantenphysik gesehen. Das Herzstück des Experiments ist ein optischer Resonator, an den die Teilchen angekoppelt werden. Zwischen zwei hochreflektierenden Spiegeln wird eine stehende Lichtwelle erzeugt. Durch eine Blauverschiebung des transmittierten gegenüber dem eingestrahlten Laserlicht wird die Bewegungsenergie des Atoms verringert.

Die Kühlung, das heißt die dramatische Verlangsamung von Atomen, mit Laserlicht wird seit über 20 Jahren angewandt. 1997 wurde diese Entwicklung mit einem Nobelpreis gewürdigt. Die bisherigen Kühlverfahren sind allerdings nicht für jedes Teilchen einsetzbar. Sie basieren alle auf der Rückstoßenergie, die Photonen aufnehmen, wenn sie von Atomen absorbiert und danach in unterschiedliche Richtungen abgestrahlt werden. Diese Art der Kühlung bedingt, dass sie nur auf bestimmte Teilchen des Periodensystems anwendbar sind und bei komplexen Strukturen wie Molekülen überhaupt nicht funktionieren.

Im neuen Verfahren bewegt sich das Atom zwischen den Spiegeln. Das führt dazu, dass das von dem Resonator ausgesandte Licht energiereicher ist als das auf den Resonator eingestrahlte Laserlicht. Die Bewegungsenergie des Atoms ist für diese Differenz verantwortlich. Das Teilchen wird dadurch abgebremst. Da keine Anregung des Atoms notwendig ist, eignet sich dieses Verfahren auch für Teilchen, die mit den bekannten Methoden bisher nicht gekühlt werden konnten. Auch soll die Bremskraft in diesem Aufbau um mindestens das fünffache stärker sein, als bei konventionellen Laserkühlverfahren. Das Ergebnis der deutschen Wissenschaftler wurde in der renommierten Fachzeitschrift Nature publiziert. (cf)