Allgemeine Beschreibung

Das Forschungsfeld der ultrakalten Atome hat in den letzten Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen, womit auch die technologische Entwicklung auf diesem Gebiet immer weiter voranschritt. 1997 wurde der Physiknobelpreis an Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji und William Phillips für die von ihnen entwickelte Methode der Laserkühlung von Atomen verliehen, auf der auch dieser Versuch des Forgeschrittenenpraktikums basiert.Ultrakalte Temperaturen heißt, dass Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt erreicht werden. In diesem Regime dominieren die Quanteneigenschaften im Vergleich zu klassischen oder thermischen Eigenschaften von Materie. Unter anderem können mit magnetischen Feldern und Laserstrahlen Potentiale für Atome geformt werden. Dadurch sind diese Quantensysteme gut kontrollierbar. Die Atome sind in der Bewegung, in ihrem Quantenzustand und in ihrer Wechselwirkung manipulierbar. Daher bilden sie ein perfektes Modellsystem, das es erlaubt, komplexe Quantensysteme zu erforschen.  Das Fangen und Kühlen von Atomen in einer magnetooptischen Falle (engl. magneto-optical trap, kurz: MOT) ist eine elementare Technik, die heute in vielen Laboren eingesetzt wird. In ultrakalten Atomexperimente wird die magneto-optische Falle meist als Vorstufe zum Kühlen und Fangen verwendet, wobei die Atome auf Temperaturen im Bereich Mikrokelvin gekühlt werden. Anschließend werden die Atome meist in eine weitere Falle umgeladen. Dort werden die Atome durch evaporatives Kühlen hin zu noch tieferen Temperaturen bis zum Nano-Kelvin Bereich gekühlt.Im Vergleich dazu erzielt flüssiger Stickstoff nur eine Temperatur von 77 K. Kühlen heißt hier, dassdie Geschwindigkeit der Bewegung der Teilchen reduziert wird. Erst durch magneto-optische Fallen werden Phänomene wie zum Beispiel die Bose-Einstein-Kondensation in atomaren Gasen experimentell zugänglich.