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Quantenphysik: Bose-Einstein-Kondensat mit Swing

Auch wer den Physikunterricht in der Schule in schlechter Erinnerung hat, denkt doch vielleicht gern an Versuche über mechanische Schwingungen zurück. An Federn aufgehängte Massen oder oszillierende Pendel ergeben eindrucksvolle Effekte, und auch die mathematische Beschreibung ist nicht so schwer, solange die Auslenkungen klein genug bleiben. Da solche harmonischen Schwingungen in vielen Zusammenhängen auftauchen – von Wasserwellen bis zur Stromverteilung in der Radioantenne –, kann man hier mit wenig Grundwissen eine Menge Physik verstehen.

Die Forschergruppe von Tilman Esslinger am Institut für Quantenelektronik der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich hat nun ein besonders schönes Experiment über mechanische Oszillationen im Grenzbereich zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik veröffentlicht (Science, Bd. 322, S. 235). Dabei lässt der Strahlungsdruck eines Lasers in einer Spiegelkammer ein quantenmechanisches Objekt schwingen. Und als Folge davon wird das Licht periodisch reflektiert oder durchgelassen.

Wechselwirkungen zwischen Strahlung und mechanischen Systemen machen sich viele Geräte zu Nutze, angefangen von CD-Spielern, die per Laser feinste Vertiefungen in der Platte abtasten, bis zu Detektoren für Gravitationswellen, die auf optischem Weg winzige Abstandsänderungen zweier Spiegel messen. Noch um einiges interessanter wird es, wenn der Strahlungsdruck der Photonen ausreicht, das Objekt, auf das er trifft, in Bewegung zu setzen. Das bekannteste Beispiel dafür sind wohl optische Pinzetten. Dabei werden mikroskopisch kleine Gegenstände im Brennpunkt eines Laserstrahls festgehalten und lassen sich so etwa durch eine Flüssigkeit bewegen. Auch die Laserkühlverfahren zur Herstellung ultrakalter Gaswolken beruhen auf dem Impulsübertrag zwischen Photonen und Atomen...

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