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Kurioses Physikexperiment

Urknall im Labor

Ein rasant expandierendes Bose-Einstein-Kondensat weist verblüffende Parallelen mit dem expandierenden Universum auf, berichten US-Physiker.
Urknall im Labor

Der Urknall ist längst vorbei. Aber was, wenn man ihn im Labor nachstellen könnte? Einem Team um Gretchen Campbell von University of Maryland ist das nun gelungen, zumindest in Ansätzen: Die Physiker haben ein Minimodell für unser expandierendes Universums gefunden, ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat. Diese ultrakalten Atomwolken dienen schon länger dazu, bestimmte Aspekte experimentell schwer zugänglicher Phänomene zu erforschen, beispielsweise von exotischen Supraleitern oder Schwarzen Löchern.

Campbell und Kollegen sperrten gut 100 000 Natriumatome in ein Vakuumgefäß und kühlten sie auf minus 273 Grad ab. Mit geschickt orientierten Magnetfeldern pressten die Forscher die Wolke in Form eines gerade mal 0,01 Millimeter großen Rings. Auf Knopfdruck dehnte er sich aus, und zwar mit der Höchstgeschwindigkeit, die Dichteschwankungen in dem Kondensat haben können.

Bereits nach 15 Millisekunden erstreckte sich die Wolke auf das Vierfache ihrer ursprünglichen Ausdehnung, wie die Bilder einer Hochgeschwindigkeitskamera zeigen. Während des Versuchs habe das Modell mehrere Parallelen zum expandierenden Universum gezeigt, schreiben die Physiker im Fachmagazin »Physical Review X«. So habe die Wellenlänge der schallwellenartigen Dichteschwankungen in dem Kondensat immer weiter zugenommen. Das ähnele der Rotverschiebung elektrischer Strahlung im Weltall, deren Wellenlänge infolge der Expansion ebenfalls zunehmend gestreckt wird.

Daneben wollen die Forscher Hinweise auf eine besondere, verlustfreie Form von Reibung zwischen unterschiedlichen Regionen des Gases beobachtet haben. Diese »Hubble-Reibung« ist Teil vieler Modelle, die das frühe Universum simulieren. Ob ein vergleichbares Phänomen in der Atomwolke eine Rolle spielte, sei aber letztlich noch unsicher, schreiben die Wissenschaftler.

Zuversichtlicher sind sie mit Blick auf ein drittes Phänomen in ihrem expandierenden Kondensat: Am Ende der rasanten Ausdehnung sei ein Teil der dafür aufgebrachten Energie umgewandelt worden und habe unter anderem vertikale Wirbel gebildet, die das Gas lokal erwärmten. Eine ähnliche Aufheizung könnte Kosmologen zufolge kurz nach dem Urknall eine wichtige Rolle gespielt haben.

Damals dehnte sich das All zunächst für einige Sekundenbruchteile unvorstellbar schnell aus, besagt eine populäre Theorie. Nach dieser »Inflationsphase« wurde die Expansion des Alls dann recht stark gedrosselt, die Ursuppe aber hier und da aufgeheizt, wobei die Elementarteilchen entstanden sein könnten, die es heute im Weltall gibt. Viele Details dieses Prozesses sind allerdings noch unklar. Die Forscher um Campbell hoffen, dass ultrakalte Atomwolken bei solchen Fragen künftig eine Hilfe sein könnten.

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