Quantenoptik: Makroskopische Quantenphysik mit Bose‐Einstein‐Kondensaten: Solitonen und Wirbel geben Aufschluss über die Suprafluidität kalter atomarer Quantengase

Abstract

14 Teilchen/cm 3 , bei denen die derzeit untersuchten Alkali-Metall-Ensemble noch gasförmig sind -in einer Art übersättig-tem Zustand -, sind Temperaturen von unter 1 mK erforderlich. Die Methoden, um derart kalte Gase in geeigneten Fallen zu erzeugen -sie werden weiter unten noch vorgestellt -, stehen erst seit wenigen Jahren zur Verfügung. Es sei allerdings betont, dass die Bose-Einstein-Kondensation trotz der geringen Temperaturen thermodynamisch ein "Hochtemperatur-Phänomen", fernab von T = 0 ist: Bei Einsetzen der Kondensation ist das Ensemble keineswegs so kalt, dass lediglich wenige der untersten Energiezustände bevölkert sind, sondern es sind üblicherweise noch viele hundert Energieniveaus des einschließenden Fallenpotentials besetzt. Dennoch geht aufgrund der Quantenstatistik ab einer bestimmten Temperatur T c ein mit weiter sinkender Temperatur steil zunehmender Anteil des Ensembles in den Grundzustand über (siehe Infokasten "Bose-Einstein-Kondensation").Zahlreiche fundamentale Aspekte unterscheiden die Physik von BEC in schwach wechselwirkenden Gasen etwa von der Physik des superflüssigen Heliums. Dazu gehört unter anderem, dass sich bei sehr niedrigen, aber experimentell gut zugänglichen Temperaturen von wenigen hundert Nanokalvin 90-95 % der Atome des Ensembles im kondensierten Anteil befinden, während z. B. bei den stärker wechselwirkenden flüssigen Helium-Systemen selbst für T = 0 lediglich ca. 9 % in der superflüssigen Phase sind, wie Theorie und Experimente übereinstimmend zeigen. Die Struktur und Dynamik