Atom-Laser kann für immer laufen

Forscher*innen der Universität Amsterdam ist es gelungen, einen “Atom-Laser” zu bauen, der theoretisch ewig laufen kann. Das Konzept dahinter gibt es dabei schon lange. Während normale Laser aus Lichtwellen bestehen, die komplett synchron schwingen, können Atome laut Quantentheorie auch als Wellen betrachtet werden. 

Wie die Forscher*innen diese Woche im Fachmagazin Nature veröffentlichten, können diese Atom-Laser dauerhaft betrieben werden. Die Schwierigkeit dabei ist, dass alle Atome - wie beim normalen Laser - komplett synchron schwingen.

Atom-Laser aus Bose-Einstein-Kondensat

Möglich macht das jedoch das sogenannte Bose-Einstein-Kondensat. In dem Kondensat werden Atome auf ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (etwa -273 Grad Celsius) abgekühlt. Bei diesen niedrigen Temperaturen bewegt sich die Atomwolke so langsam, dass die Atome in der Wolke zusammen eine Art Welle bilden. Der Atom-Laser ist geboren.

Das Problem bei Bose-Einstein-Kondensaten ist allerdings, dass sie nur sehr schwer aufrechterhalten werden können. Fällt nämlich Licht darauf, verflüchtigt sich die Wolke. Das ist problematisch, denn die benötigten tiefen Temperaturen können nur mit Laserkühlung erreicht werden. Daher waren Bose-Einstein-Kondensate bisher auf extrem kurze Zeiträume beschränkt.

Das Team rund um Professor Florian Schreck entwickelte bereits 2012 - damals noch an der Universität Innsbruck - eine Methode, diese Kondensate über eine längere Zeit aufrechterhalten zu können. Anstatt das Kondensat direkt zu kühlen, bringen die Forscher*innen die Atome dazu, sich zu bewegen und dabei mehrere Kühlschritte zu durchlaufen. Am Ende kommen ultrakalte Atome in den Kern der Anlage, wo sie ein stabiles Bose-Einstein-Kondensat bilden und als Atom-Laser genutzt werden können.

Technische Anwendbarkeit als nächster Schritt

Sollten die Atome dort zu warm werden, verflüchtigen sie sich. Es kommen aber immer wieder kalte Atome nach, die den Prozess am Laufen halten - im Grunde für immer.

Nachdem dieser Durchbruch geschafft ist, macht sich das Forscher*innen-Team nun darauf, einen stabilen Massestrahl zu produzieren. Sollte das gelingen, stehe einer technischen Anwendung dieser Atom-Laser nichts mehr im Wege. Die Wellenlänge dieser Laser wäre deutlich kürzer als die Wellenlängen herkömmlicher Laser, wodurch sich etwa noch kleinere Schaltungsmuster auf Mikrochips projizieren lassen würden. Damit ließen sich noch mehr technische Komponenten auf noch kleineren Computerchips verwirklichen und so mehr Leistung erzielen.