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Bose-Einstein-Kondensate einmal anders

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Bose-Einstein-Kondensate einmal anders
Ein internationales Forscherteam glaubt, zwei neue Arten von Bose-Einstein-Kondensaten entdeckt zu haben. Die Kondensate bestehen dabei nicht wie alle bisherigen aus Atomwolken, deren Bestandteile bei ultrakalten Temperaturen alle in den gleichen Quantenzustand fallen, sondern aus so genannten Quasiteilchen in Festkörpern. Da die Quasiteilchen um ein Vielfaches leichter als gewöhnliche Teilchen sind, nehmen sie den quantenmechanischen Grundzustand schon bei viel höheren Temperaturen an als gewöhnliche Bose-Einstein-Kondensate.

Wenn die Energie einer Ansammlung von Bosonen ? Teilchen mit einem ganzzahligen Spin ? hinreichend abgesenkt wird, so findet ein Phasenübergang statt, bei dem alle Teilchen in den quantenmechanischen Grundzustand fallen. Diese so genannten Bose-Einstein-Kondensate sind deshalb so interessant, weil sich an ihnen quantenmechanische Eigenschaften mit einem makroskopisch großen Objekt demonstrieren lassen ? denn alle Bosonen des Kondensats bilden ein einziges, großes quantenmechanisches Objekt.

Während alle bisher erzielten Kondensate aus Atomwolken bestanden, die auf eine Temperatur von nur einem Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt worden waren, haben Jacek Kasprzak und seine Kollegen von der ETH in Lausanne nun ein Bose-Einstein-Kondensat in einer quasi zweidimensionalen Schicht eines Festkörpers erzeugt. Die dem Kondensat zugrunde liegenden Teilchen bestanden dabei aus Elektron-Loch-Paaren, die für winzige Bruchteile einer Sekunde an die Photonen eines Laserstrahls gekoppelt waren und so genannte Quasiteilchen ausbildeten.

Da die Quasiteilchen im Vergleich zu Atomen eine viel geringere Masse aufwiesen, kam der Phasenübergang zu einem Bose-Einstein-Kondensat schon bei einer Temperatur von 19 Kelvin zu Stande. Sergej Demokritov und seine Kollegen von der Universität Münster gingen in ihrer Studie sogar noch einen Schritt weiter und stellten Bose-Einstein-Kondensate aus so genannten Magnonen her, magnetischen Elementaranregungen in einer Verbindung aus Yttrium-Eisen-Garnet. Die Forscher glauben, in ihrem Experiment die Kondensation von Magnonen bei Raumtemperatur beobachtet zu haben.

Diese beiden Arbeiten zeigen, dass die bisherige Definition eines Bose-Einstein-Kondensats wohl überarbeitet werden muss. Einige Fachkollegen glauben nämlich nicht, dass die in von den Forschern beobachteten makroskopischen Quantenzustände mit gewöhnlichen Bose-Einstein-Kondensaten verglichen werden können.

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