Spurlos verschwunden

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Mitte der neunziger Jahre gelang es zum ersten Mal einen bizarren, quantenmechanischen Zustand von Atomen herzustellen, den Albert Einstein gut siebzig Jahre früher vorhersagte - das Bose-Einstein-Kondensat. Nun reiht sich eine neue seltsame Entdeckung in das Kuriositätenkabinett: Unter bestimmten Bedingungen zieht sich die ultrakalte Atomwolke des Kondensats zusammen um kurz darauf zu explodieren - wie eine Supernova im Kleinen.

Thorsten Krome

Albert Einstein vermutete bereits Mitte der zwanziger Jahre, dass bestimmte Teilchen bei sehr tiefen Temperaturen kollektiv ein und denselben Zustand – den Grundzustand besetzen müssten. Bei den Teilchen handelt es sich um die Bosonen; zu ihnen gehören auch manche Isotope, wie beispielsweise das Rubidium-85. Es dauerte allerdings noch bis zum Jahr 1995 bis es Carl Wieman and Eric Cornell am Joint Institute of Laboratory Astrophysics (JILA) in Boulder gelang, das so genanntes Bose-Einstein-Kondensat im Labor zu erzeugen.

In den letzten Jahren wurde das eigentümliche Quantengas eingehend untersucht und viele überraschende und kuriose Effekt kamen zum Vorschein, die allein die Welt der Quantenmechanik zu erklären vermag. Demnach verhalten sich die Atome nicht mehr als Individuen, sondern sind vielmehr als ein einziges "Superatom" aufzufassen, das durch eine so genannte Materiewelle beschrieben wird.

Wieman führte mit seinem Team nun Experimente bei nur drei Nanokelvin durch – der tiefesten Temperatur, die jemals erreicht wurde. Dabei untersuchten die Physiker die Dynamik der Materiewelle, indem sie das Magnetfeld, das die Rubidium-85-Atome auf kleinem Raum festhält, gezielt variierten. So gelang es ihnen, zwischen anziehender und abstoßender Wechselwirkung beliebig hin und her zu schalten.

War die Wechselwirkung leicht abstoßend, so quoll das Bose-Einstein-Kondensat auf, ganz wie theoretisch vorhergesagt. Stellten die Wissenschaftler das System jedoch auf Anziehung, so tat sich Seltsames: Zunächst schrumpfte das Kondensat, wie erwartet; doch dann, anstelle sich zu einem Klumpen zusammen zu ziehen, explodierte es und hinterließ ein kleines kaltes Überbleibsel inmitten einer expandierenden Wolke. Weiterhin stellten die Forscher fest, dass sich von den ursprünglichen Atomen innerhalb des Kondensats die Hälfte in Wohlgefallen aufgelöst hatten.

Da das Phänomen sehr an eine Supernova – eine Sternenexplosion – im Kleinen erinnert, gaben die Physiker ihm den Namen Bosenova. Das Schleierhafte an ihrem Auftreten, ist dass die physikalische Ursache gänzlich unbekannt ist. "Wir dachten, dass das Verhalten isolierter Atome im Allgemeinen und das des Bose-Einstein-Kondensats im Besonderen sehr gut verstanden ist, und sich genau berechnen lässt", äußert sich Wieman. "Die theoretischen Berechnungen sagen jedoch in diesem Fall ein gänzlich anderes Verhalten voraus, als wir es beobachtet haben. Daher muss der grundlegende Prozess, der für eine Bosenova verantwortlich ist, etwas Neues sein und sich von dem unterscheiden, was bisher angenommen wurde."