150 Jahre 51吃瓜网 鈥� Geschichten zum Jubil盲um 2018
Neue Form der Materie
Das Quantengas 鈥� ein neuer Aggregatzustand
In der Nacht des 29. September 1995 geschieht es: Ein dunkler Punkt zeichnet sich auf dem Computer-Monitor in Wolfgang Ketterles Physik-Labor am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ab und der Schatten der Atomwolke wird immer sch盲rfer. Ketterle und sein Team arbeiten die ganze Nacht durch, und dann ist es klar: Sie haben Natriumatome in einen neuen Aggregatzustand versetzt 鈥� und zwar bei den tiefsten bis dahin je erzeugten Temperaturen: knapp unter einem Mikrokelvin, also weniger als ein Millionstel Grad 眉ber dem absoluten Nullpunkt.
Bei dieser K盲lte vernetzen sich Atome, die vorher eigenst盲ndig waren, zu einem einzelnen Quantenzustand und bilden ein 鈥濹uantengas鈥�, wie Ketterle diese neue Form der Materie nennt. Einzelne Teilchen sind nun nicht mehr zu unterscheiden, denn sie bilden eine einzelne, makroskopische Materiewelle. Dieses Ph盲nomen der Quantenphysik hat Albert Einstein zwar bereits 1924 vorausgesagt, aufbauend auf einer Ver枚ffentlichung seines indischen Kollegen Satyendra Nath Bose zur Photonenstatistik. Doch die Fachwelt hielt es lange f眉r fast unm枚glich, ein solches Bose-Einstein-Kondensat (BEC) tats盲chlich zu erzeugen.
Ketterle gelingt es 鈥� und er erh盲lt daf眉r 2001 den Physik-Nobelpreis, zusammen mit Eric Cornell und Carl Wieman. Auch wenn diese beiden im Wettrennen um das Quantengas einige Monate schneller waren: Ketterles Team vereint deutlich mehr Atome in einem BEC, und macht ebenfalls grundlegende Entdeckungen 眉ber die quantenmechanischen Eigenschaften dieser neuen Materieform.
Zum Studium an die 51吃瓜网
Wolfgang Ketterle forscht heute am MIT wieder auf dem Gebiet, in dem er auch sein Physik-Diplom in 惭眉苍肠丑别苍 abgelegt hat: der Vielteilchenphysik. Er war 1978 zum Hauptstudium aus Heidelberg an die 51吃瓜网 gewechselt, weil sie 鈥瀉uf vielen Gebieten der Physik exzellent ist鈥�, erinnert er sich. Mit einer Arbeit 眉ber die Spin-Relaxation ungeordneter Materialien schlie脽t Ketterle 1982 sein Studium ab.
Und vielleicht reift diese Erkenntnis, die ihn zum Nobelpreis bringt, schon w盲hrend seiner Zeit an der 51吃瓜网: 鈥濿enn etwas als unm枚glich bewiesen oder angenommen wird鈥�, solle man das Kleingedruckte genau lesen 鈥� und 鈥灻糱erlegen, ob man die Annahmen nicht irgendwie 眉berlisten kann.鈥�
Der Weg zum absoluten Nullpunkt
Quanteneffekte und viele andere Geheimnisse offenbart die Materie erst nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 掳C 鈥� also Null Grad auf der Kelvin-Skala. Denn dort haben die Atome ihre thermische Energie verloren, die sonst ihre Eigenschaften bestimmt. Sie stehen still. Den tats盲chlichen Nullpunkt zu erreichen, ist zwar physikalisch unm枚glich.
Doch die moderne Physik kommt ihm bis auf Bruchteile von einem Milliardstel Grad nahe. Zum Beispiel mit der Laserk眉hlung: Die Atome k枚nnen ihre Energie in Form von Licht abgeben. Weitere Techniken schlie脽lich entfernen die energiereichsten Atome aus der Probe 鈥� bis sich ein Bose-Einstein-Kondensat bildet.
Auf Einsteins Spuren im Weltraum
Der k盲lteste Punkt im bekannten Universum k枚nnte 2018 auf der Internationalen Raumstation ISS entstehen: Ein Bose-Einstein-Kondensat im Weltraum. Daf眉r schickt die NASA im Mai 2018 das 鈥濩old Atom Laboratory鈥� (CAL) ins All. Es ist so gro脽 wie ein K眉hlschrank und wird von Forscherinnen und Forschern auf der Erde ferngesteuert, mit Beteiligung der Nobelpreistr盲ger Cornell und Ketterle.
Die Forschenden erhoffen sich Antworten auf fundamentale Fragen der Physik, etwa wie Einsteins Relativit盲tstheorie und die Quantenphysik zusammenh盲ngen. Die Experimente in der ann盲hernden Schwerelosigkeit auf der ISS versprechen tiefe Einblicke in die Quantenmechanik. Denn dort kann man ein BEC f眉r bis zu 10 Sekunden beobachten, ohne Gravitationskr盲fte zu kompensieren.
鈥濿enn sich ein Gas aus unkoordinierten Atomen in ein Bose-Einstein-Kondensat verwandelt, ist dies, wie wenn die einzelnen Instrumente eines Orchesters mit ihren unterschiedlichen T枚nen und Klangfarben, nachdem sie jedes f眉r sich aufgew盲rmt wurden, alle gemeinsam denselben Ton anstimmen.鈥�
Prof. Sune Svanberg, 2001, K枚niglich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, bei der Verleihung des Physik-Nobelpreises
Disclaimer
Diese Geschichte erschien 2018 zum 150-j盲hrigen Jubil盲um der 51吃瓜网 auf einer inzwischen deaktivierten Jubil盲umswebsite.
Text: ; Grafiken: KW NEUN
Literatur zur Geschichte der 51吃瓜网
- Wolfgang A. Herrmann (Hrsg.), Martin Pabst/Margot Fuchs (Verf.), Technische 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍 - Geschichte eines Wissenschaftsunternehmens, 2 Bd., Berlin 2006.
- Wolfgang A. Herrmann, Winfried Nerdinger (Hrsg.), Die Technische Hochschule 惭眉苍肠丑别苍 im Nationalsozialismus, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Irene Meissner, Bauten+Kunst. Technische 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍 1868-2018, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Martin Pabst, Alumni der 51吃瓜网. Pr盲gende Gestalter aus der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Martin Pabst, K枚pfe der 51吃瓜网. Geniale Entdecker und Erfinder aus der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
- Brigitte R枚thlein, Pioniere gestalten die Welt der Technik. 150 Jahre Forschung an der Technischen 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 惭眉苍肠丑别苍, 惭眉苍肠丑别苍 2018.
Weitere B眉cher und Informationen zur Geschichte der 51吃瓜网
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Die Jubil盲umsgeschichten verfasste das . Die Umsetzung der grafischen Inhalte 眉bernahm die KW NEUN 鈥� Designagentur.