Kleine Welle wird ganz groß

News: Kleine Welle wird ganz groß

'Materiewellen' heißt das Zauberwort, welches Wissenschaftler schon seit einiger Zeit beschäftigt. Atome haben sowohl Teilchen- als auch Wellen- Eigenschaften, und letztere bieten eine Menge Vorteile. Denn die Wellen, mit denen sich Materie fortbewegt, sind kürzer und schonender als zum Beispiel jene von Licht. Eine Gruppe von Wissenschaftlern hat nun zum ersten Mal 'Materie-Keimwellen' erzeugt und mit Hilfe eines Lasers verstärkt.

Vor einiger Zeit schon ist es Wissenschaftlern gelungen, den ersten "Atomlaser" herzustellen. Dabei regten sie ultrakalte Natriumatome, die sich alle im gleichen Energiezustand befanden, zu Schwingungen an. Bei einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat schwingen alle Atome absolut konform zueinander – wie die Photonen eines Laserstrahls. Dieselbe Wissenschaftlergruppe unter der Leitung von Wolfgang Ketterle vom Massechusetts Institute of Technology in Cambridge hat nun einen Weg gefunden, in einem Kondensat eine "Keimwelle" zu erzeugen und diese dann zu verstärken.

Die Forscher initiierten in einem Bose-Einstein-Kondensat aus Natriumatomen eine Welle, indem sie zwei Laserstrahlen auf das Kondensat schickten. Die beiden Strahlen waren nicht völlig identisch, sondern hatten etwas unterschiedliche Frequenzen. Dadurch absorbierten die Atome ausschließlich die Photonen von einem der beiden Strahlen. Der andere trat als Störenfried auf und entriß ihnen die Photonen wieder. Die beraubten Atome reagierten mit einer Schwingung, die durch das Kondensat pulste. Diese "Keimschwingung", wurde von den Forschern verstärkt, indem sie das Kondensat nochmals mit dem ersten Laser bestrahlten. Die bereits existierenden Wellenberge und -täler beugten die Photonen, und es wurden dadurch mehr Atome "in die Welle geschickt" (Nature vom 9. Dezember 1999).

Der Atomwellen-Verstärker kann dazu verwendet werden, um Signale in Geräten zu verstärken, die mit mehreren Materiewellen arbeiten, meint Ketterle. Zum Beispiel Gryoskope oder Anordnungen zu Gravitationsmessungen könnten damit ergänzt werden. Bill Philips vom National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland, sieht deutliche Vorteile von Materie- gegenüber Lichtwellen. Materiewellen haben wesentlich kürzere Wellenlängen und sind auch langsamer als die von Licht. Daher sei es möglich, Geräte zu entwickeln, die sehr viel empfindlicher seien, als solche, die mit Laserlicht arbeiten.

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