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Ultrakalte Atome: Moderne Werkzeuge zur Erforschung komplexer Quantensysteme

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ob ob ob das ob ob wo Kummer gut Büro hier
also heute geht es bei mir vor ich natürlich erst mal hier zu sein ist natürlich für mich auch was ganz Besonderes sowas macht man ja jeden Tag Antrittsvorlesung es geht um ultrakalter Atome mir und ich freue mich Ihnen bis hin zu erzählen zu können was wir mit alten ultrakalten Atomen in unserem Labor machen und wie wir sie nutzen zur Erforschung komplexer Quantensystem und dieser Vortrag wird uns auf
eine Reise führen zu den kältesten Temperaturen des Universums sage ich sogar das gibt also behaupte mal kein Platz sonst im Universum kältere Temperaturen als in solchen kalte Atom Laboratorium über ich jetzt erzählen werde in der Mitte sehen Sie eine Temperaturskala in absoluten Temperatur das heißt in Kelvin haben wir oben Tausend Kelvin liegen nur ungefähr mit unserer Zimmertemperatur nur bei 300 Kelvin und dann sehen Sie dass das logarithmisch an ordnet ist ja dass wir jedes Mal einen Tausender Faktor geht sie nach unten bis jetzt einen Nano Kelvin kommen ist also ein Milliardstel Kelvin und so die kältesten Flüssigkeiten die man sonst nur typischerweise mit keine konventioneller Technologie auf der Erde herstellen kann zum Beispiel flüssiges Helium war damit aber arbeiten viele Laboratorien das Licht im Bereich von ein paar kennen ja das ist auch so die typische Hintergrund Temperatur von Welt und in den letzten Jahren wurden eben
neue Methoden entwickelt zum Beispiel die Leser Kühlung um viele Größenordnungen kälter zu werden und 1997 gab es dann also 15 Jahre ungefähr gab es in den Nobelpreis für Leser Kühlung und daraufhin gab es dann noch mal eine Entwicklung von noch mal ein paar Größenordnungen kälter werden konnte mit Hilfe der sogenannten Verdampfungskühlung und dort hat man dann nach der geschafften Bose-Einstein-Kondensate zu erzeugen und dafür gab es natürlich dann auch den Nobelpreis der ungefähr vor 10 Jahren und hier in Ulm haben wir tatsächlich 2 solcher Bose-Einstein-Kondensate da arbeiten wir täglich daran dass die Studenten die Möglichkeit
und das ist so ein Bose-Einstein-Kondensat da haben Sie eine Wolke von Atomen und alle diese Atome sind in den niedrigsten Quantenzustand das heißt Sie können sich schon vorstellen die haben wir jetzt einen exakt definierten Ausgangszustand was natürlich prima ist für Experimente und hier sehen Sie jetzt mal ein Bild von so einem Bose-Einstein-Kondensat 1 Foto das ist ungefähr ein Zehntel Millimeter groß war das heißt da können schon fast mit Auge richtig drauf so groß wie wie ein Haar und besteht aus ungefähr 10 hoch 6 Atomen die halt in diesem Grundzustand sind im wesentlichen sehen Sie hier auch eine quantenmechanische Wellenfunktion zwar den Betrag der Wellenfunktion dort wo besonders hell es es dort ist die Amplitude der Wellenfunktion groß dass sind viele Atome und dort wo es dunkel ist ja da ist halt der Amplitude 0 also wenn sie noch nicht einmal wissen wollten wie sie der Wellenfunktion aus hier sehen Sie jetzt eine das sieht aber jetzt so er sich noch nicht
so beeindruckend aus aber dass sie mit dem Bose-Einstein-Kondensat dass Sie da etwas ganz Besonderes vor sich haben das sie Sie wenn Sie jetzt 2 solcher Wolken
2 solcher Wellenpakete einfach übereinander schieben und dann sehen sie dass auf einmal nicht mehr eine noch dickere Wolken draus wird sondern sie sehen Interferenzstreifen Materiewellen Interferenzstreifen beeindruckend irgendwo ja wir
zusammenarbeiten können was waren gut nett aber wofür ist das gut wir haben jetzt also diese Million Atome niedrigste Temperaturen alles schön auf einem Platz der Knackpunkt an der Sache ist der dass wir jetzt in diesem Regime auch eine absolute Kontrolle über diese Atome erlangen und zwar in allen ihren Freiheitsgrade das zunächst mal der Freiheitsgrad der Bewegung wir können den Atomen sagen wie sie sich bewegen sollen an welchen Orten sie sich aufhalten sollte und wie Sie vielleicht den Ort wechseln sollte das können wir ihnen vorschreiben wir können in Teheran und Atom ist ein zusammengesetztes Teilchen in den genau vorschreiben in welchem Quantenzustand sie sollen sein soll und wie sich diese Quantenzustand über die Zeit verändert sich und wir können Ihnen sagen wie sie miteinander wechselwirken sollen ob sie sich zum Beispiel anziehen oder abstoßen oder vielleicht gar nicht sehen sollen die Moleküle bilden sollen alles diese Sache und weil es diese Kontrolle haben ist also die nächste Idee ja vielleicht können wir die Atome dann für uns arbeiten lassen und zwar in dem Sinne dass wir mit den kalten Atomen komplexes Vielteilchensystem simulieren und auf diese Art und Weise untersucht das ist also ähnlich wie einmal ein Computerprogramm sie an den Computer der ist ja bereits alles für sie zu tun was er kann und sie geben ihm jetzt ein Programm vor sie schreiben in der Regel Anweisungen und die Folter und am Ende schauen was daraus was nach nach Ablauf des Programms hat rausgekommen ist oder wie bei einem Brettspiel da gibt hier haben sie jetzt und das ist es auch gerade am Ende sich so zurück in der wir sie ein Hörspiel und Sie können sich vorstellen wer da gibt es Regeln die die können wir jetzt vorgeben und diese Mühlsteine passen jetzt unsere Atome und die bewegen sich jetzt nach unserem vorgegebenen Regeln und nach einer gewissen Zeit schauen wollte was ist denn da jetzt so passiert und vielleicht können wir dann dabei etwas lernen ja und weil diese Idee so
fruchtbar ist sind mittlerweile viele Gruppen auf der Welt Hunderte die eben kalte Atome benutzen um Forschung in den verschiedensten Gebieten der Physik aber auch die Stimmen die zum Beispiel zu nutzen also ich hab jetzt hier mal eine Liste von Themengebieten die mittlerweile untersucht werden angeführt und ist längst nicht vollständig aber die soll ja so ein bisschen eine Vorstellung geben was da alles abgedeckt werden kann anfangen tun wir natürlich mit der Metrologie die genauesten Uhren unserer Welt die basieren auf kalten Atomen und dann Astrophysik bestimmte Aspekte in Neutron Sternen hat kann man mit kalten Atomen Gasen untersuchen ultrakalte schien gehe ich nachher im Einzel noch drauf ein wie geht darum sehr kontrolliert chemische Reaktion herbeizuführen zwischen den Atomen und diese zu verstehen und zu analysieren 2 große Themen gebilligt Gebiete sind daher der Quantencomputer der Quanten Simulator man einfach sagen kann jetzt schon auf sehr abstrakt und hohen Niveau lassen wir wenn ich Sie wenn sie dann irgendwann gibt die Atome für uns für sich das Paar aus auch solche Sachen kann man mit kalten Atomen untersuchen und ein ganz großes wichtiges Gebiet ist auch die Physik der kondensierten Materie bzw. die Festkörperphysik auch dort werde ich gleich darauf eingehen ja und natürlich alle diese Topics da könnte man monatelang darüber reden hab ich nicht die Zeit für aber ich möchte anhand unserer Projekte in
All 3 Projekte möchte ich Ihnen bisschen Eigengeschmack geben wie solche Forschung eben aussehen kann und da haben wir also zunächst mal in einem Experiment kein im Moment Nano Shinji mit kalten Rubidium-Atomen bzw. Rubidium Moleküle dann haben wir ein 2. Experiment was im Moment noch in der Entstehungsphase ist schon sehr weit fortgeschritten aber noch nicht mit der es bei mir richtig begonnen typischerweise ist dauert nämlich 3 4 Jahre so ein Experiment aufzubauen das ist in die Richtung der relativistischen Physik und Festkörperphysik und das wollen wir machen mit Lithium Atom in einem sogenannten optischen Honigwaben gibt und sie werden jetzt vielleicht das Sagen relativistischen Physik bisher kompletter Quatsch denn wie will ich denn mit einem Atom was ich gar nicht mehr bewegt der relativistischen Physik machen normalerweise muss man doch in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit gehen und Festkörperphysik die arbeiten hier mit Gas in diesen 100 Tausend mal dünner als Luft und jetzt will er damit Festkörperphysik machen aber was Sie vielleicht wissen von der Physik ist es kommt nicht immer auf die absolute Größe einer physikalischen Größe an sondern auf das richtige Verhältnis zwischen physikalischen Größen und so kann man dann eben Phänomene die normalerweise bei hohen Energien stattfinden vielleicht bei ganz niedrigem Energie auch beobachten und das 3. Projekt hier haben wir auch etwas ganz Besonderes nämlich zum 1. Mal ist es uns hier gelungen halte neutrale Atome war sein Rubidium Bose-Einstein-Kondensat zu verheiraten mit mit geladenen Atomen also mit Union wir können einzelne Regionen in dieses Kondensat hineinsetzen und dann studieren was da passiert ist also auch gleich im Anschluss noch über erzählt
jetzt zeige ich Ihnen mal so ein Bild von einer Apparatur eine große Einstein Apparatur Sie sie und sehen Sie hier die Vakuum Apparaturen ihren Plan dem Glas ,komma so schauen jede Menge wenn Sie sie sehen es ist also sehr komplex und Spiegel dann sind die optische Glasfaser und jede Menge trete für Magnetfelder Magnetfeld Spulen und so weiter also wirklich komplex da brauchen wir schon seine Zeit um sich dort zurechtzufinden und ich darf auch gar nicht mehr dran so können wir jetzt also einen Blick mal in diese ultra Hochvakuum Apparatur in dieser Ton ,komma da ist also dieser Bunker
läuft eine magneto-optischen Falle dass es etwas damit fängt man zunächst atomar aus dem Hintergrund Gas .punkt für sie ab und bringt sie alle an einen Punkt hier sehen Sie dieses helle helle wollte das sind eben 100 Millionen Siliciumatome die jetzt schon in den 1. Schritt auf eine Temperatur von tausendstel Kelvin abgekühlt sind übrigens diese ultra ruchbar Apparatur die brauche man deswegen weil man ja unsere heiße Außenwelt die muss man gut wir natürlich von den Atomen und wenn die natürlich ganz schnell geheizt werden typische Größe kann sehen Sie hier 4 Zentimeter dann aber bei so einer Apparatur möglichst viele Fenster umgeben und von allen Seiten kalten Atomen beruhigen zu können nachzuweisen aber auch manipulieren zu können und zur Manipulation gehören zum Beispiel auch Magnetfelder und das war dann tun sondern Laserstrahlen
hineinschießen und den Plätzen bei dieser Tumor entsprechend Art und Weise haben wir jetzt also diesen 1. Schritt hinter uns wir haben also 100 Millionen Lithium Atome fangen dann müssen wir aber noch mal ein paar Größenordnungen kälter werden und zu diesem Bose-Einstein-Kondensat zu gelangen und dort gibt es dann weitere Schritte wo wir Verdampfungskühlung Sachen anwenden dauert typischerweise 30 Sekunden und dann haben wir aber so ein Bose-Einstein-Kondensat vorliegen und dann können wir Experimente mit diesen kalten Atomen durchführen ja zum Beispiel können sie in ein sogenanntes optisches geht der Einlage was machen wir da haben wir verschiedene Laserstrahlen aus verschiedenen Richtungen überlagern und diese Laserstrahlen interferieren miteinander und so ergibt sich also eine Verteilung von Licht Feldern im Raum und für die Atome sieht jetzt diese nicht Feldverteilung aus wie ein Potenzial Landschaft jetzt können die Atome in dieser Potenzial Landschaft irgendwie sich bewegen und miteinander wechselwirken das beobachten wir dann in dem speziellen Fall hier ist diese Potenzial Landschaft sehr regelmäßig gesehen dass Sie so ein bisschen gitterförmig aus deswegen nennen wir das für mich in man könnte auch sagen es ist ein eigener Stil und an diese verschiedenen Plätze des Eier passt ist die wir dann mit der letzen den kann man jetzt Atomgesetz ein Atom pro Güterplatz oder 2 Atome und hier haben wir gerade in den letzten Jahren verschiedene Methoden entwickelt Reinigungsprozess geworden so dass wir am Ende wirklich ein ganz kleines Ensemble haben von Atomen die Atom selber sind genau einen definierten Quantenzustand und sie sitzen da werden auch genau ein Atom Atombombe zum Beispiel oder 2 und der Fall von 2 Atom angeht der Platz ist
deswegen besonders interessant weil wir können jetzt damit Nano schien die machen der sich vor dieses optische Gitter ist eine Anreicherung von Naldo Reagenzgläser ja nur sind jetzt diese Analogie Reagenzgläser eben nicht aus Glas sondern aus nicht die typische Größe von so einem Reagenzglas ist ein halber Mikrometer also Inhalte alles Millionstel Meter verkleinert wird und schon gar nicht mehr hin und dort haben wir jetzt genau 2 Atome drin sitzen in einer wohldefinierten Quantenzustand und jetzt können wir den Atom Befehlen der sich zum Beispiel zu einem Molekül zu vereinigen ja unter absoluter Kontrolle das
machen wir indem wir zum Beispiel entweder mit Magnetfeldern arbeiten oder auch mit Laserstrahlen so können wir zwar schon jetzt einen und für konvertieren mit einer sehr hohen Effizienz und das Beste daran ist dass die Moleküle die wir auf diese Art und Weise gewinnen hundertprozentig genau bestimmt sind das heißt der Quantenzustand bestimmen das heißt wir wissen genau wie viel Rotations prangten hat dieses Modell für in welchen Spielen Zustand ist wie für Europa Vibrations Banken hat dieses und wir haben auch eine in dem Sinne perfekte Reaktionsprozess Steuerung wir können zum Beispiel diesen Prozess auch ganz einfach reversibel machen also das Molekül wieder kontrolliert aufbrechen in die 2 Atome so als wäre nichts gewesen wir können auch mittendrin unterbrechen einfach stoppen und dann haben wir einen Überlagerungszustand wo das Molekül nicht weiß dass es sich jetzt Moleküle oder sind es jetzt 2 Atomen alles dieses Spielchen können Sie machen und der Zufall den wir den er sonst bei typischen Experimenten erschienen gibt der das spielt irgendwie gar keine Rolle mehr so kommen wir dann also
zu einem reinen aus von Rubidium Molekülen ein Molekül pro Kitaplatz und damit ist es natürlich noch nicht Schluss sondern das ist wiederum ein schöner Ausgangszustand für weitere Experimente oft ist es so dass wir zunächst mal irgendwelche Zustände haben aber das nicht die Zustände mit denen wir arbeiten möchten wir möchten Sie weiter konvertiert ist das Molekül zum Beispiel am Anfang schwach gebunden und können wir mit Hilfe von Laserstrahlen dieses mulmige Gefühl in einen stark gebundenes
Molekül überführen oder wir können in Rotation geben wie auch immer er das heißt wir können jede beliebige Quantenzustände präparieren die sonst der bisher im normalen anderen Experimenten gar nicht so zugänglich wären dann benutzen wir diese Moleküle für Investoren für Experimente zum Beispiel .punkt Präzisionsspektroskopie aber auch wiederum für
andere stehen wir und das ist im Moment die Projekte die wir im Moment im Labor dran sind jetzt aber nicht mehr 2 Atome in seiner Reagenzgläser und wir haben jetzt 2 Moleküle und Sie können sich schon denken 2 Moleküle die haben wesentlich mehr Freiheitsgrade ist wesentlich komplexer unter Kontrolle zu halten und so möchten wir im Moment herausfinden inwieweit können wir jetzt diese Reaktionsprozesse zwischen den Molekülen genauso gut kontrollieren wie zwischen den Atomen und auch das da sind wir sozusagen ganz vorne dran selbst die Theoretiker die sagen auf der das können wir nicht mehr rechnen dass es unglaublich komplex denn Sie haben hier einen 4 Körpersystemen was in allen Einzelheiten durch rechnen müssten also gibt es auch für die Theorie was zu tun in dem Moment wenn wir also unsere 1. Messungen haben fangen die an den versuchen das irgendwie nach zu Recht sei das
Projekt der relativistischen Physik und die Festkörperphysik da wollte die Experimente machen mit Lithium in einem Honigwaben geht der Sohn
Honigwaben bitte das ist schon was besonders hat besondere Eigenschaften nicht umsonst gab es vor 3 Jahren den Nobelpreis für Kaffee Tee und Kaffee in ist ein Kohlenstoff Peter Honigwaben Peter aus Kohlenstoffatomen und das Elektronengas in diesem Graph ist ein nahezu perfektes zweidimensionales Quantensysteme und man konnte schon mit diesem Café jetzt wunderbare Festgabe physikalische Effekte und Phänomene studieren zum Beispiel Quanten-Hall-Effekt aber auch Aspekte zur Hochtemperatursupraleitung wir mittlerweile immer noch nicht verstanden dass die lassen sich mit so etwas untersuchen zusätzlich das wieder ein bisschen seltsam kann man auch hoch relativistischen Physik studieren mit diesem Café in der sind so Sachen die Zitterbewegung oder kleinen tun und sie werden jetzt wieder fragen ja wie ist denn das möglich das liegt halt daran dass dieses Honigwaben Peter der eine besondere Bandstruktur hat für die Elektro und was heißt jetzt wiederum Bandstruktur die Bandstruktur gibt einfach den Zusammenhang zwischen dem Impuls und der Energie der Elektronen getan wenn man das ausrechnet dann sieht das so ungefähr so aussehen Impuls haben die sehen hier gibt es diesen lustigen Spitzen die sogenannten K Punkte gerade Elektronen die sich an diesem Kap Hoorn .punkt bewegen die sich dort aufhalten die verhalten sich so als wären sie hoch relativ ist es wenn Sie sagen es ja wunderbar dieses Café kann man alles mitmachen muss ist das Problem das Problem hier ist dass man eigentlich mehr Fragen hat als Antwort denn viele Parameter in diesem Café in diesen eigentlich fixiert die können Sie nicht einfach so ändern zum Beispiel die Bildungs Abstand die Stärke wie stark die Elektronen miteinander wechselwirken alles diese Sachen und das bedeutet dass es Regime gibt die man gerne untersuchen würde aber nicht untersuchen kann mit dem Café zusätzlich gibt es auch ein Problem der Observablen ja wie kommen sie in dieses System wirklich rein die schauen Sie den Elektronen so was sie gerademachen und es gibt ein Problem der Sauberkeit ist haften sich halt gerne auf dieser Oberfläche irgendwelche Moleküle an die dann wiederum die Eigenschaften des Kaffees beeinträchtigen und deswegen ist also hier ID wiederum warum nimmt man nicht ein Atom Gas das wir so gut kontrollieren können das in ein entsprechendes optisches geht hinein das eben von war das eine Honigwabe ist und erzeugen es auf diese Art und Weise ein synthetisches Kraftfeld Jahr und um sowas zu machen also wir uns vielleicht noch sagen sollte ist und dann haben wir halt die Möglichkeit dass durch unsere Position barkeit wichtig Bestimmbarkeit von unserem Parametern können wir eben die wirklich ganz breite Regimes ab Kasten und diese untersuchen nach dazu
brauchen also auch eine Apparatur jagen wir also jetzt und nur das Bildchen von Apparatur für die aber praktisch identisch so in unserem Labor steht er da haben wir ja ein Lithium abrufen mit erzeugt zunächst mal einen Strahl von Atomen der wird abgebremst dann abgekühlt auf die niedrigsten Temperaturen dann haben wir eine kleine Glaszylinder wird das hinein transportiert und dort führen weil dann die Experimente in der Zukunft wie soll das stattfinden da haben wir es also verschiedene Laserstrahl
überlagern die stellen uns eine 3. zweidimensionale Geschichte er die weiterhin obendrein noch strukturiert ist eben mit einem Honigwaben Peter und in dieses Honigwaben geht der für wir jetzt eine Schicht von kalten Atomen einen in dieser kalten Atomen können sich jetzt in dieser zweidimensionalen Welt bewegen und werden dann von uns beobachtet mit einem hochauflösenden objektiv wobei wir hier also einzelne Atome an einzelnen Kita-Plätzen aufgelöst nachweisen wollen ja sogar nach Zustand aufgelöst und sie werden sagen wir es jetzt aber ein bisschen fantastisch wäre ist auch noch ein bisschen Zukunftsmusik aber 1. Schritte in die Richtung gibt es schon es gibt also Gruppen in Harvard und in München zum Beispiel die Konten demonstrieren dass man einzelne Atome hier in einem recht ergeben hätte und dessen auch Rubidiumatome doch ein bisschen andere Aufbau aber nachweisen kann sie sehen wie die einzelnen pünktlich in die Sie hier sehen das ist jeweils ein Atom und sie sehen wie schön wie auf diesen Schachbrettmuster angeordnet sind ja
unter uns werden das eben jetzt kein es geht sein denn es wird eine Honigwabe geht der sein das heißt es hat diese hexagonale Struktur und wir werden auch mit 2 Spielen Zuständen arbeiten spielen abspielen und hier farblich gekennzeichnet mit Blau und Rot oder aufgrund das Pauli-Prinzip geht sowieso nicht mehr arbeiten nämlich Fermionen und kann nicht mehr als 2 gleiche Atome an einen 3. Platz haben trotzdem können sagen wir mal blaue und rote Atome die können schon mal an den gleichen Platz sitzen und können dort dann wechselt und dann erlauben wir weiterhin eine Dynamik ja nämlich die Atome können von einem geht Platz zum nächsten Güterplatz Tunnel das ist so eine Art springen da quantenmechanisches Tunneln und so kann es dieses gesamte Ensemble von Atomen den energetisch günstigsten die Energie nicht günstigste Anordnung finden und so eine Anordnung nennt man dann eine Quanten Phase und da sind auch die Theoretiker sehr daran interessiert solche Quanten Phasen zu verstehen denn sowas zu berechnen ist unglaublich schwierig hier
zeige ich Ihnen mal so ein Phasendiagramm als Funktion der Temperatur des Ensemble aber auch der Wechselwirkung Stärke zwischen den Atomen wie schnell sie tun können alle diese Sachen bilden sich in den verschiedenen Regionen aus verschiedenen Quanten Phasen hat und bei dem über den von einer Krankenkasse ist gibt es wie gesagt viele offene Probleme die man jetzt mal gerne messen möchte vielleicht endlich einmal hier das ist der berühmte antiferromagnetische Phase wie was das ist haben wir also in jedem 3. Platz jetzt genau ein Atom aber benachbarte Gitterbett zu haben immer genau entgegengesetzten spielt hier eben dargestellt durch die rote und die blaue Phase der jetzt aber zu dem
3. Experiment konnten die Kombination zwischen Iran und der ICE bzw. ultrakalten Atomen Gas die Ionen die wir hier gerne nutzen sind in der Bar Union Millionen aber auch um die Lithiumionen und beide spezielles haben wirklich brauchen
ganz unterschiedliche fallen dass Umweltgefahren aufgrund sozusagen seine Ladung und da gibt es schon seit einigen Jahren gab auch mal Nobelpreis für die Parole falle das sehen Sie hier die Elektronen Elektroden und die werden mit Wechselspannung werden diese Zahlen belegt und fangen dann effektiv ist die und das ist der kleine weiße Punkte und dem möchte man jetzt überladenen eine ultrakalte Atomwolke dazu benutzen wir fokussierten Laserstrahl die sich hier kreuzen und die bilden eine Falle für die ultrakalten Atome diesem Fall ist es sei nicht die Falle für die ohne City lagen
zunächst mal müssen wir beide spezielles also herstellt reparieren und dann zusammenbringen da haben wir also auch Methode entwickelt über diese kalten Homo praktisch ohne sie zu heizen die über eine Distanz von einem Meter transportieren und dann geht
irgendwann das kalte Atom Gas vor Unternehmen ist das wir ein und wir können jetzt sehr kontrolliert dass wir uns in dieses Atom Gas hineinbringen das ist natürlich ein bisschen einen Schaden mechanistische Darstellung und zunächst mal das elastische Stöße geben zwischen dem Iran und den Atomen weil die Atomfalle so seicht ist also tut typischerweise dass ihr und die Atome eines nach dem anderen heraus geht und das auch ganz okay weil es uns ermöglicht zum Beispiel
Wirkungsquerschnitte hier zum ersten hin und wieder aber passieren auch chemische Reaktionen und dann wird es besonders interessant die haben in den letzten Jahren schon einiges beobachten können zum Beispiel den Ladungstransport wenn jetzt die Ladung des Irans auf so ein neutrales Atom überspringen oder aber es werden wirklich Moleküle gebildet um die so genannten 3 Körper Kombination zum Beispiel und jetzt ist hat vor kurzem ein sehr schöner Durchbruch gelungen und zwar gibt es bei diesen 3 Körper Kombinationen zunächst mal molekulare Produkte die extremen Meter stabilen sind ja diese die verflüchtigen sich sofort diesen nicht stabil und wir konnten erst einmal messen welche mit der stabilen Zustände denn da kontrolliert werden und stellt sich tatsächlich heraus dass die Verteilung die wir gemessen am viel breiter war als von der Theorie ursprünglich angenommen jetzt werden Sie vielleicht wissen alles alles ganz nett aber wie kann ich mir das vorstellen ja irgendwie kann man jetzt sehen dass eine Reaktion stattgefunden hat was unter die Observable und hier sehen Sie es mal so ein Bild von 2 Billionen in einer Ionenfalle so wie wie sich die uns präsentieren sind 20 Mikrometer auseinander das kann man aber noch auflösen und eine Kamera und diesen jetzt also Leser gekühlt und stehen da einfach so und jetzt kommen wir an mit einer kalten Atomwolke und überlagern die wir mit den Daten die Ionen und auf einmal wird eines der Ionen wird dunkel werden dann ist das schon ein Anzeichen dafür hat die muss doch was passiert sein wahrscheinlich ein Molekül ist gebildet worden war dieses kann jetzt dieses Laserlicht was wir hier beobachten eben nicht mehr streuen und wenn wir das gesehen haben dann können wir weiter gehen und sagen ok jetzt möchten wir die Masse dieses iOS ist und wenn ihr uns sagen bestimmen und kommen so der Reaktion auf die Spur und am schönsten ist es natürlich wenn man sowas live im
Labor beobachten kann und da haben wir also aus gegebenem Anlass jetzt einfach mal eine Live-Schaltung und Labor an der Uni West haben wir hier also einen Doktoranden Atomkrieg Chor der kann das Experiment regelrecht fernsteuern wer von Ihnen schon mal live einen Jungen gesehen hat oder man sehen möchte hier ist alles ein einzelnes Tier und ja das ist also aus dem Labor direkt einer der Kamera Rechner die eine Kamera die wenn man so 2 Kameras die Kugel genau an die gleiche Stelle die eine Kamera sieht das und die 2. Kammer sie die Atomwolke genau an der
gleichen Stelle dieser Atomwolke da hat vor dass am mit Aussicht wir brauchen also 30 Sekunden und so eine kalte Atomwolke herzustellen und dann machen wir ein Bild das Bild bei dem Bild machen wir die Atomwolke zerstört man braucht wieder 30 Sekunden um die nächste Atomwolke herzustellen das heißt es ist anders als bei den wir in der EU wir ständig beleuchten können ständig gucken wo ist ja hier sehen Sie also jetzt eine eigene Spalte der Aufnahmen die vor weiß nicht wie viel Stunden oder so gemacht wurde ja diese wollte ich hier ist eine falsch war ein Falschfarbenbild dieser Atomwolke muss blaues da sind mehr Atommüll hier draußen moosgrünen ist also weniger und das Rot ist einfach so der Hintergrund typischerweise sind das jetzt hier Temperatur von einem Mikrokelvin also ein millionstel Kelvin haben sie schon hier bei dieser Wolke und die Wolke Durchmesser ist ungefähr 50 Mikrometer ja wir werden nachher für gucken auch wenig kälter werden können diese Wolke so jetzt denn es war dass wir und ja jetzt könnte es mal sein dass es interessant wird dass ihre los zu werden oder vielleicht mal mehr als eine Million zu fangen ja das wird der Aktion werde also Doktorand ist der wird das jetzt gerade mal hier besuchen und Sie sehen ja tatsächlich aus dem Hintergrund haben jetzt ein zusätzliches Jon geladene kommen also hin und wieder kommen neutrale Barium Atomen vorbei und weniger an der richtigen Stelle sind dann schießt unser Ionisation Chinese sagen während das Elektron weg und dann können wir dieses und eben ja dann in dem Moment wenn es ein ionisiertes können wir also fragen Sie sehen man kann also hier auch richtig die ganze Ketten herstellen von Millionen Miniversionen steht jetzt sehr brav für sich und würde diese geführt und beleuchtet dabei deswegen können wir es also manipulieren jetzt könnten wir auch mal sagen wir möchten diese Johnson bisschen nach rechts oder links verschieben wir das ja das macht man indem wir jetzt auf die Elektroden der Braunfäule kleine Ladungen drauf bringen und mit wandert diese ganze Wolken ein bisschen nach links oder rechts ist unten ja wenn wir jetzt den Leser mal für den Moment lang ausstellen dann wird natürlich dunkel dort sehen wir keine Millionen mehr jetzt ist es dunkel ist gehen wir den Leser wieder anstellen gucken ob sie noch da sind also das hat er nicht viel gemacht okay jetzt für spätere Versuche wollen wir natürlich schon mit Atomwolke arbeiten die älter sind als werden wir versuchen noch weiter runter zu gehen wir also dieses wie gesagt schon ein Millionstel Grad aber es ist auch eine sogenannte thermische Wolke das Ziel hier kann man nicht von einem Bose-Einstein-Kondensat sprechen jetzt wollen wir mal gucken ob wir dahin kommen Eier sie sehen jetzt jetzt ist die Wolke viel kleiner viel knackiger und Sie sehen ja auf diesen kleinen in der Mitte von das ist sozusagen UBS habe habe ich also vom Richter falsch gedrückt haben wir in der Mitte wo schwarz ist das sind schon so ein so ein kleines Kondensator auszuwachsen was ist also da eine makroskopische Wellenfunktion jetzt für immer noch kälter zu werden und um also ein Kondensat herzustellen muss man also immer die Ionen erstmal bis hin zur Seite schieben damit die Atome beim Kondensieren nicht gestört werden und wenn dann die das Kondensat gemacht wurde dann kann man die Atome wieder weg und jetzt weggeschoben jetzt dauert ungefähr 20 2 Sekunden so wunderbar hier haben wir hier Kondensat 1. Kondensat live erlebt und damit damit mächtigster vielleicht für heute schließen ja jetzt muss ich mal gucken einen Moment schaltete er also also
pro 1. Experimente gibt es natürlich ein Team ja das Lithium Team wie gesagt sagte experimentelle Apparatur die gerade Aufbau ist sie sehen Sie hier daran dass die Union Team damals gerade in das Labor eingesetzt wird und hier das Rubidium dezitiert die Namen der Studenten sind hier
aufgelistet und der Mitarbeiter in Rot hat die ehemaligen dass natürlich die Leute verdanken wir auch viele und dann in grünen Kollaborationen die für uns
auch sehr sehr wichtig sind und da werden wir natürlich auch in Ulm sehr gut denn wir haben ja hier den Schwerpunkt Quantentechnologien weiterhin gibt es den SFB Sonderforschungsbereich Transregio 21 zusammen mit Stuttgart und Tübingen und dann diese Transregio von hier bei einem vereinten Korrelationen geforscht also 6 Institute aus Ulm beteiligt und zusätzlich haben wir noch ein Zentrum für Integrität Quantum Science Technology zwischen Stuttgart und Ulm und das sogar fachübergreifender ist neben der Physik auch die Chemie die Mathematik und die Biologie dabei und damit
möchte ich Ihnen danken für Ihre Aufmerksamkeit und zum Schluss den ich als Zusammenfassung einfach noch nochmal als über sich die 3 Projekte aber wir die wir forschen eingestellt
hat
Kuckuck gute Rokoko Kumpel Höhe U
Quantenmechanisches System
Tag
Ultrakaltes Atom
Werkzeug
Komplexe
Atom
Computeranimation
Flüssiges Helium
Absolute Temperatur
Physik
Thermodynamische Temperaturskala
Laserkühlung
Verdunstungskühlung
Platz
Weltall
Bose-Einstein-Kondensation
Computeranimation
Atom
Temperaturskala
Flüssigkeit
Rips
Nanotechnologie
Kühlung
Kondensation
Größenordnung
Thermodynamische Temperaturskala
Kälte
Kalenderjahr
Temperatur
Atom
Quantenzustand
Wellenfunktion
Besprechung/Interview
Wolke
Quantenzustand
Amplitude
Grundzustand
Bose-Einstein-Kondensation
Kondensat
Atom
Vielteilchensystem
Wellenpaket
Quantenzustand
Temperatur
Platz
Niedrigtemperatur
Ahle <Werkzeug>
Computeranimation
Atom
Freiheitsgrad
Zusammengesetztes Teilchen
Zustand
Molekül
Mühlstein
Materiewelle
Nachlauf <Verfahrenstechnik>
Komplexe
Atom
Kälte
Quantencomputer
Astrophysik
Chemische Reaktion
Magnetisches Dipolmoment
Physik
Lichtgeschwindigkeit
Ionenfalle
Neutron
Bose-Einstein-Kondensation
Anschluss <Stahlbau>
Computeranimation
Richtung
Luft
Atom
Niedrige Energie
Festkörperphysik
Metrologie
Atom
Physik
Quantencomputer
Statistische Physik
Absolute Helligkeit
Weltall
Hohe Energie
Particle-Streak-Velocimetry
Region <5, Ostia Antica>
Astrophysik
Metrologie
Festkörperphysik
Feldquant
Physikalische Größe
Uhr
Zentralstern
Kälte
Kalenderjahr
Kondensat
Spiegel
Temperatur
Besprechung/Interview
Hochfrequenzspule
Fenster
Apparatur
Vakuum
Computeranimation
Atom
Hochfrequenzspule
Bunker
Siliciumatom
Laserstrahlung
Physikalische Größe
Magnetfeld
Thermodynamische Temperaturskala
Fenster
Toner
Ultrahochvakuum
Kälte
Temperatur
Glas
Glasfaser
Quantenzustand
Fall
Platz
Verdunstungskühlung
Beugungsgitter
Bose-Einstein-Kondensation
Computeranimation
Richtung
Messschraube
Atom
Nanotechnologie
Laserstrahlung
Feldverteilung
Meter
Molekül
Transmissionsgitter
Größenordnung
Kondensat
Molekül
Atom
Anreicherung
Kalenderjahr
Glas
Steuerung
Atom
Schwingung
Prozess <Physik>
Quantenzustand
Laserstrahlung
Spiel <Technik>
Konverter <Kerntechnik>
Zustand
Molekül
Magnetfeld
Computeranimation
Atom
Freiheitsgrad
Messung
Magnetisches Dipolmoment
Quantenzustand
Rotation
Reagenz
Nanotechnologie
Molekül
Molekül
Computeranimation
Impuls
Quantenmechanisches System
Kaffee
Klangeffekt
Zitterbewegung
Physik
Ionenfalle
Oberfläche
Computeranimation
Hochtemperatursupraleitung
Atom
Festkörperphysik
Energie
Bandstruktur
Molekül
Physik
Position
Physikalischer Effekt
Tunneleffekt
Elektronikerin
Supraleitung
Graphen
Klöppelspitze
Bandstruktur
Festkörperphysik
Jahr
Oberfläche
Quanten-Hall-Effekt
Elektronengas
Tee
Kohlenstoffatom
Kalenderjahr
Kraftfeld
Atom
Parr <Familie>
Laserstrahlung
Strahl
Zustand
Niedrigtemperatur
Rubidiumatom
Apparatur
Schicht
Karosserie
Computeranimation
Richtung
Temperatur
Phasendiagramm
Platz
Pauli-Prinzip
Fermion
Region <5, Ostia Antica>
Rot
Computeranimation
Atom
Nichtleiter
Energie
Antiferromagnetismus
Hexagonaler Kristall
Gitter
Spiel <Technik>
Feldquant
Blaue Phase
Zustand
Luftstrom
Tunneleffekt
Tunnel
Temperatur
Fall
Zählwerk
Lithiumion
Wechselspannung
Ultrakaltes Atom
Elektronikerin
Ionenfalle
Computeranimation
Kutsche
Atomion
Laserstrahlung
Elektrode
Kalenderjahr
Atom
Atom
Elastischer Stoß
Meter
Störgröße
Ionenfalle
Härter
Atom
Kälte
Computeranimation
Chemische Reaktion
Ladungstransport
Computeranimation
Wirkungsquerschnitt
Messschraube
Atom
Atomion
Nanotechnologie
Laserstrahlung
Meter
Zustand
Durchbruch
Molekül
Ion
Kamera
Kalenderjahr
Ionenfalle
Ionisation
Druckgradient
Kondensation
Magnetisches Dipolmoment
Spalten
Wellenfunktion
Besprechung/Interview
Radioaktiver Abfall
Wolke
Apparatur
Bose-Einstein-Kondensation
Rot
Grau
Atom
Messschraube
Atomion
Elektron
Kondensator
Thermodynamische Temperaturskala
Elektrode
Karosserie
Stunde
Kondensat
Temperatur
Schwerpunkt
Physik
Schwerpunkt
Hoffman̄ <Familie, Niederlande>
Physik
Schnee
Gleitflugzeug
Härter
Rot
Computeranimation
Physik
Nanotechnologie
Güte <Schwingkreis>
Festkörperphysik
Ionenfalle
Atom
Computeranimation

Metadaten

Formale Metadaten

Titel Ultrakalte Atome: Moderne Werkzeuge zur Erforschung komplexer Quantensysteme
Untertitel Antrittsvorlesung
Autor Denschlag, Johannes
Lizenz Keine Open-Access-Lizenz:
Es gilt deutsches Urheberrecht. Der Film darf zum eigenen Gebrauch kostenfrei genutzt, aber nicht im Internet bereitgestellt oder an Außenstehende weitergegeben werden.
DOI 10.5446/19356
Herausgeber Universität Ulm
Erscheinungsjahr 2013
Sprache Deutsch

Inhaltliche Metadaten

Fachgebiet Physik
Abstract Eine „Reise zu den kältesten Temperaturen des Universums!" versprach die Antrittsvorlesung von Professor Johannes Denschlag, Direktor des Instituts für Quantenmaterie mit dem Titel "Ultrakalte Atome: Moderne Werkzeuge zur Erforschung komplexer Quantensysteme". Der Physiker erforscht ultrakalte Quantengase, deren Atome auf weniger als ein Millionstel Kelvin gekühlt werden. Dabei lässt sich nämlich der durch die Quantenmechanik beschriebene Wellencharakter der Teilchen zeigen. Beim Jahrestag stellte Denschlag vor, wie sich kalte Atome als Werkzeuge zur Erforschung komplexer Quantensysteme einsetzen lassen: Am Anfang vieler Experimente stehe die so genannte Bose-Einstein-Kondensation. Dabei befänden sich alle Atome im selben, energetisch tiefsten Quantenzustand -- der Ausgangspunkt folgender Untersuchungen sei also genau definiert. Bei den tiefen Temperaturen sei eine vollkommene Kontrolle der Atome in all ihren Freiheitsgraden möglich. Man könne den Atomen zum Beispiel vorschreiben, wie sie sich bewegen und miteinander wechselwirken sollen. „So wird die Simulation verschiedenster komplexer Systeme möglich, wie man sie etwa in der Physik der kondensierten Materie oder Vielkörpersystemen vorfindet." erklärt Denschlag. Dies führte er am Beispiel seiner aktuellen Projekte in Ulm weiter aus -- Live-Schaltung ins Labor inklusive. Dekan Joachim Ankerhold hatte Johannes Denschlag, der vor seiner Ulmer Zeit in Wien, Washington und Innsbruck geforscht hat, als „wesentliche Säule der hiesigen Aktivitäten im Bereich Quantenwissenschaften" bezeichnet.

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