Studierendenlabor Ultrakalte Quantengase

Zentrum für optische Quantentechnologien

Seit nunmehr 20 Jahren stellt das Gebiet der ultrakalten Quantengase ein hochaktives und spannendes Feld der Forschung dar, auf dem auch in der Zukunft richtungsweisende Forschung betrieben werden wird.

1995 gelangen den Forschungsgruppen von Cornell und Ketterle unter Anwendungen der Techniken der Laserkühlung erstmals die Erzeugung eines bereits 1925 durch Bose und Einstein theoretisch vorhergesagten Materiezustands, dem sogenannten Bose-Einstein Kondensat. Atome, die bei Temperaturen von 100nK oberhalb des absoluten Nullpunkts den Phasenübergang zu solch einem Kondensat vollziehen, sind nur noch als Kollektiv erkennbar und beschreibbar. Dies ist deshalb so bemerkenswert, da sich Effekte der Quantenmechanik sonst nur auf sehr kleinen Skalen beobachten lassen. Mit der Beschreibung vieler Teilchen durch die gleiche Wellenfunktion stellt ein Bose-Einstein Kondensat nun ein makroskopisches Quantenobjekt dar, das die vorher nur auf mikroskopischen Skalen beobachtbaren quantenmechanischen Eigenschaften aufweist. Dieses makroskopische Quantenobjekt stellt also ein direktes "Fenster" zur mikroskopischen Quantenwelt mit ihren faszinierenden Eigenschaften bereit. Bose-Einstein Kondensate und kalte Quantengase generell sind somit ein sehr guter Ausgangspunkt für die direkte Untersuchung der Quantenwelt. Dieser Tatsache wurde mit der Verleihung des Nobelpreises an die Physiker Wolfgang Ketterle und Eric Cornell im Jahr 2001 Rechnung getragen.

Am Aufbau im Studierendenlabor ultrakalte Quantengase sollen Bachelorstudierende die Möglichkeit bekommen, Messungen auf dem hochaktuellen Forschungsgebiet der ultrakalten Quantengasen vorzunehmen. Im Rahmen des Gast-Programmes des Zentrums für optische Quantentechnologien wird Studierenden die Gelegenheit gegeben, zusammen mit Spitzenforscherinnen und Spitzenforschern aus aller Welt gemeinsam an der Apparatur zu arbeiten.

Im Experiment werden in Zukunft zunächst bosonische Atome zu einem Bose-Einstein Kondensat heruntergekühlt um diese dann mit ultrakalten Fermionen zu mischen. In dem so erzeugten quantenentarteten Bose-Fermi Gas sollen kollektive Anregungen wie beispielsweise Vortices und Solitonen in Mischsystemen untersucht werden..

In diesem Studierendenlabor erhalten die Studierenden einen umfassenden Einblick in die Physik und die Technologie der ultrakalten Quantengase. Zusätzlich sammeln sie weitreichende Qualifikationen im Bereich der Echtzeitcomputersysteme, Optik, Elektronik, Lasertechnik und der Laserkühlung. Diese Fähigkeiten sind im Berufsfeld des Physikers sehr gefragt und helfen den Studierenden nach abgeschlossenem Studium sich auf dem Arbeitsmarkt zu behaupten.

Neben bereits vier Bachelorarbeiten entstand eine Diplomarbeit am Aufbau.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Klaus Sengstock | sengstock~AT~physnet.uni-hamburg.de
Dr. Patrick Windpassinger | pwindpas~AT~physnet.uni-hamburg.de