Bose-Einstein-Kondensat

Es gibt Bose-Einstein-Kondensate (BEK), die aus 10 hoch 9 Atomen bestehen, die in einer Laserfalle zusammen gehalten werden.

In einem BEK sind die einzelnen Atome nicht mehr zu erfahren, zu sehen, zu messen. Alle Atome zusammen besitzen einen gemeinsamen Zustand, sie sind Eins.

Für typische, experimentell realisierbare Parameter findet man Temperaturen von deutlich weniger als 0,1 Mikrokelvin (= 10⁻⁷ K), sogenannte ultratiefe Temperaturen.

Finale Theorie

Niedrige Temperatur bedeutet, dass nur sehr wenige Photonen zwischen den vorhandenen Atomen ausgetauscht werden. Atome haben als Makro-Entität das Ziel ein stabiles Volumenelement im vorgestellten Raum darzustellen, was sie nur durch einen ständigen Austausch von Photonen Absorbtion und Photonen Emission erreichen können.

Bei einer kritischen Temperatur gibt es zu wenig Photonen, um ihre Systemstabilität aufrecht erhalten zu können. Sie dissoziieren oder lösen sich in kleinere Makro-Entitäten auf, was wahrscheinlich ein stabiles Volumenelement ist und vereinen sich dann gemeinsam zu einem einzigen Volumenelement, das BEK, das wahrscheinlich mit weniger Interaktionen von Außen stabil gehalten werden kann

Das BEK hat in der Summe alle Eigenschaften seiner Atome. Sein Hauptziel ist, das Volumenelement als Ganzes zu stabilisieren, das vorher von vielen Einzelnen besetzt wurde. Durch die geringe Photonendichte wurde die innere Strukturvielfalt zu Gunsten des Erhalts des Volumenelements aufgegeben.

Es ist aber kein sehr stabiles Volumenelement. Es wird nicht durch Elektronen und Positronen stabilisiert.

Der minimale Photonenaustausch zwischen dem BEK und der Laserfalle reicht aus, um das Volumenelement BEK zu stabilisieren. Das verhindert, dass sich das BEK noch weiter in einzelnen Photonen entschränkt.

Das BEK reagiert so auf die Photonen des Lasers, wie es sonst auch ein Moleküle tun würden? Ist es immer elektrisch neutral?

Was würde passieren, wenn das BEK überhaupt keine Photonen von außen mehr aufnehmen kann?

Ich gehe davon aus, dass dann das BEK in Photonen dissoziieren würde. Das oberste Ziel des neutralen Volumenelementes ist dann nicht mehr aufrecht zu halten.

Schlussfolgerungen

Die Tatsache, dass ein BEK möglich ist, bedeutet natürlich auch, dass zum Erhalt von einzelnen getrennten stabilen Volumenelemente (Atome) ein gewisser Austausch an Photonen zwischen den Atomen und seinen Komponenten notwendig sein muß, um ihre separate Existenz aufrecht zu halten.

Interessant wäre zu erfahren, was passiert, wenn man ein stabiles BEK nun kontrolliert mit allen möglichen Photonenenergien und Intensitäten beschießen würde? Könnte man nun kontrolliert verschiedene Arten von Atomen erzeugen? Oder ist die Information, aus welchen Atomen das BEK einmal bestanden hat immer noch im BEK enthalten?

Wirbelgitter

Wenn ein Bose-Einstein-Kondensat (BEC) in schnelle Drehung versetzt wird, dann bilden sich Wirbel heraus, die sich in einem Gittermuster selbständig anordnen (Abrikosov Gitter).

In diesem Falschfarbenbild auf die Rotationsachse ist jeder dunkle Fleck das Zentrum eines kleinen individuellen Wirbels.

Ein BEC ist keine klassische Flüssigkeit und kann auch nicht wie eine Flüssigkeit rotieren. Wenn ein BEC in Rotation versetzt wird, dann bilden sich einzelne Wirbel heraus, die einen Wirbelstrom darstellen.

Wirbel Entwicklung

Obige Bilderfolge zeigt den zeitlichen Ablauf, wie sich ein großes Wirbelmuster in einem BEC (Bose-Einstein-Condensate) einstellt.

Das BEC besteht aus 3 Millionen Rb Atome bei einer Temperatur von 20 nK. Das BEC wurde in eine schnelle Drehung versetzt. Zu Beginn formen sich einige große Wirbel aus (Bild unten rechts).

Im weiteren Verlauf werden es weniger große Wirbel, die im Einzelnen größer sind. (Bild mitte unten). Die Wirbel sind Fehlfarben kodierte Dichteverteilungen des BEC.

Durch einen Laserstrahl mit sehr kleinem Fokus auf der Rotationsachse des BEC kann die Dichteverteilung im Zentrum durch den Lichtdruck noch weiter gesenkt werden und die Rotationsfrequenz des BEC erhöht sich. So dass sich im gesamten Zentrum des BEC ein einziger Wirbel herausbildet.

Im späteren Verlauf teilt sich der zentrale große Wirbel in viele kleine Wirbel (Bilder oben), die sich hexagonal anordnen.

Wibelansammlungen sich dynamisch stabil. Wenn der laserstrahl  im Zentrum abgeschaltet wird, dauert es einige Sekunden bis das Zentrum wieder gefüllt wird und sich ein regulärer Wirbel sich herausbildet (kein Bild).