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News: Das Geheimnis des superfluiden Heliums

Ein britischer Wissenschaftler hat zwei der seltsamsten physikalischen Phänomene experimentell zusammengebracht. Das eine ist die Superfluidität von Helium, welches ohne jegliche Reibung über die Ränder von Gläsern kriecht oder durch die winzigsten Löcher schlüpft. Bei dem anderen handelt es sich um das Bose-Einstein-Kondensat, bei dem viele Atome sich im gleichen Quantenzustand befinden und sich somit zu einer Art einzelnem Riesenpartikel verbinden.
Seit Ende der dreißiger Jahre vermuten Physiker, daß die seltsamen Eigenschaften von superfluidem Helium sich mit Hilfe der Idee vom Bose-Einstein-Kondensat erklären lassen. Weil die Atome in dem Kondensat alle genau das gleiche Energieniveau belegen, bewegen sie sich gewissermaßen wie im Gleichschritt, ohne sich gegenseitig anzustoßen – und damit ohne Viskosität. Erst 1995 war es gelungen, ein Bose-Einstein-Kondensat herzustellen, indem Rubidium-Atome in einem Magnetfeld abgebremst wurden. Doch bisher gab es kein Experiment, mit dem ein Kondensat innerhalb eines superfluiden Mediums nachgewiesen werden konnte.

Genau das ist nun Adrian Wyatt von der University of Exeter gelungen (Nature vom 1. Januar 1998). Indem er einen metallischen Film erhitzte, produzierte der Wissenschaftler überschallschnelle Schallwellen, die durch das flüssige Helium wanderten und Atome aus der Oberfläche schlugen. Der entstehende Atomstrahl schoß gerade nach oben, woraus geschlossen werden konnte, daß es in der Tat keine seitlich gerichtete Geschwindigkeitskomponente gab und die gesamte Bewegung durch die Überschallwellen verursacht worden war. Daraus wiederum folgerte Wyatt, daß die Atome sich alle im gleichen Quantenzustand befanden: dem Grundzustand.

Damit ist nicht nur der lange erwartete experimentelle Beweis für die Theorie erbracht worden. Es ist auch der erste Schritt auf dem Weg zu einem Atomlaser, bei dem eine Reihe von Atomen im gleichen Quantenzustand sind.

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