Dichteprofil eines Bose-Einstein Kondensates von circa 100 000 Chrom-Atomen.(Grafik: Institut)

Wenn bestimmte Atome zu sehr tiefen Temperaturen gekühlt werden, tritt ihre Quantennatur in Erscheinung und sie können unterhalb einer kritischen Temperatur im Bereich unter einem Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt von ihrem klassischen Charakter einzelner unterscheidbarer Teilchen zu einem kollektiven quantenmechanischen Wellenverhalten übergehen. Dieser Phasenübergang wird als Bose-Einstein Kondensation bezeichnet.

   Unterhalb der kritischen Kältegrade, zu deren Erzeugung im Versuch blaues Laserlicht eingesetzt wurde, nehmen die Atome einen völlig neuartigen Zustand ein, das Bose-Einstein Kondensat (BEK). Im BEK befinden sich alle Atome im selben Bewegungszustand und sind ununterscheidbar. Zudem zeigen die Atome sehr ungewöhnliche Eigenschaften, die von der Stärke, der Symmetrie und der Reichweite der Wechselwirkungen zwischen den Atomen abhängen.

Magnetische Wechselwirkungen

	Vergleich des Dichteprofils einer expandierenden Atomwolke beim Übergang von einem klassischen Gas oberhalb der kritischen Temperatur (links) zu einem Bose-Einstein-Konzentrat weit unterhalb der kritischen Temperatur (rechts). (Grafik: Institut)

Chrom-Atome zeichnen sich im Vergleich zu den bisher verwendeten Alkali-Metallen (Li, Na, K, Rb, Cs) durch ein sehr hohes magnetisches Moment aus, das zu einer starken magnetischen Wechselwirkung zwischen den Chrom-Atomen führt. Diese ist wie die Kraft zwischen zwei Magneten langreichweitig (auch Atome, die sehr weit voneinander entfernt sind, üben aufeinander Kräfte aus) und anisotrop (abhängig von der relativen Orientierung zweier Atome können diese sich entweder anziehen oder abstoßen). Alkali-Metalle erfahren dagegen hauptsächlich eine isotrope Kontaktwechselwirkung – ähnlich wie zwei Kugeln auf einem Billard-Tisch, die sich nur bei einem Stoß gegenseitig spüren. Ein Chrom-Kondensat, dessen Profil eine Dichte von etwa 100 000 Atomen aufweist, könnte als erstes Gas ferromagnetische Eigenschaften zeigen. Zur Untersuchung der magnetischen Wechselwirkung eignet sich Chrom deshalb besonders, da sowohl die magnetische, als auch die Kontaktwechselwirkung durch äußere Magnetfelder in ihrer Stärke abstimmbar sind. Darüber hinaus ist Chrom ein technisch interessantes und häufig verwendetes Material. Ein Chrom-Kondensat könnte auf dem Gebiet der Nanotechnologie als eine Quelle so genannter Atom-Laser dienen, um einzelne Atome mit hoher Auflösung auf Oberflächen zu deponieren.                         Axel Griesmaier/amg

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