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News: Helium-Ionen nahe des absoluten Nullpunkts gekühlt

Einer Forschergruppe der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf ist es gelungen, Helium-Ionen auf Temperaturen von 20 Millikelvin zu kühlen. Bisher sträubte sich dieses Edelgas-Plasma beharrlich gegen derart tiefe Werte, zumal die gängige Methode der Laser-Kühlung hier nicht funktioniert: Das dafür notwendige kontinuierliche 30-Nanometer-Ultraviolett-Laserlicht ist bislang nicht in der notwendigen reinen Form verfügbar.

Stephan Schiller und seine Kollegen bedienten sich daher eines Tricks, der in der Fachwelt unter den Namen "sympathische" Kühlung bekannt ist: Sie brachten zunächst Beryllium-Ionen in einer elektromagnetischen Falle auf derart tiefe Temperaturen, dass sie einen so genannten Coulomb-Kristall bildeten. Das ist ein festkörperähnlicher Zustand, bei dem die elektrostatischen Kräfte der Ionen deren thermische Bewegung unterdrücken. Dort fügten die Experimentatoren dann die Helium-Ionen ein.

Durch den Kontakt mit dem frostigen Coulomb-Kristall froren sie in dessen Mitte insgesamt gut 150 Helium-Ionen bei Temperaturen von zwanzig Millikelvin über dem absoluten Nullpunkt ein. Der gleiche Coup gelang dem Forscherteam mit Helium-3-Ionen, denen im Gegensatz zu den herkömmlichen Helium-Ionen ein Neutron fehlt. Die Wissenschaftler sind daher zuversichtlich, diese Technik ebenso auf Wasserstoff-Deuterium-Moleküle anwenden zu können.

Mit diesen derart bewegungslosen Teilchen wollen die Forscher nun fundamentale Konstanten der Quantenelektrodynamik – beispielsweise das Verhältnis der Masse des Elektrons zum Proton – mit einer bisher ungekannten Genauigkeit bestimmen. Außerdem wollen sie die Frage klären, ob dieses Verhältnis zeitlich konstant ist.

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