Manchmal haben auch Physiker das Bedürfnis nach einem Feuerwerk – aber wer will dafür schon auf Silvester warten? Eine Gruppe um Cheng Chin von der University of Chicago stellt nun im Fachmagazin "Nature" eine pyrotechnische Darstellung der etwas anderen Art vor: ein Feuerwerk, das aus einer Wolke ultrakalter Atome hervorgeht, einem so genannten Bose-Einstein-Kondensat.

Um Materie in diesen exotischen Zustand zu versetzen, müssen Forscher Atome mit Hilfe von Laserstrahlen und Magnetfeldern in der Mitte einer Vakuumkammer fixieren. Die Atome werden dadurch so dicht zusammengedrückt, dass sie ununterscheidbar werden – aus Sicht von Fachleuten kondensieren sie alle in denselben quantenphysikalischen Zustand.

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Das verleiht Bose-Einstein-Kondensaten viele kuriose Eigenschaften, beispielsweise verhalten sie sich wie eine Flüssigkeit, die reibungsfrei fließen kann. Das Team um Cheng Chin konnte einem der Atomensembles nun ein weiteres Kunststück entlocken: Es veränderte nach und nach die Stärke, mit der eine wenige Mikrometer große, pfannkuchenförmige Wolke aus 26 000 Zäsiumatomen zusammengedrückt wird.

Eine weitere Kuriosität der Quantenphysik

Zur Überraschung der Wissenschaftler wurden bei einer bestimmten Magnetfeldstärke etliche der Atome plötzlich aus der Wolke herauskatapultiert. Auf Kameraaufnahmen der Wolke sieht es so aus, als zünde das Bose-Einstein-Kondensat eine kleine Feuerwerksexplosionen.

Eigentlich hatten die Physiker erwartet, dass Atome zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus der Wolke fliegen. Dass sie dies koordiniert tun, liegt offenbar daran, dass viele Atompaare zur selben Zeit die Energie des Magnetfelds aufnehmen, wenn dieses eine bestimmte Schwelle überschreitet. Daraufhin stoßen die Atome plötzlich aneinander und werden in entgegengesetzte Richtungen geschleudert. Auf ihrem Weg durch die stark komprimierte Wolke schubsen die derart stimulierten Teilchen weitere Artgenossen an, wodurch letztlich etliche Partikel gleichzeitig das Ensemble verlassen.