Bose-Einstein-Kondensation
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- Walther Reuter
- vor 6 Jahren
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1 Bose-Einstein-Kondensation Joshua Zelle Physikalisches Proseminar, 2013 J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
2 Inhaltsverzeichnis 1 Ursprung 2 erstmalige Herstellung 3 mögliche Anwendungen J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
3 Ursprung der Bose-Einstein Kondensation 1924: Postulat von A. Einstein (beruhend auf Arbeit von S. Bose): ideale Bose-Gase kondensieren bei T=0K J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
4 Ursprung der Bose-Einstein Kondensation 1924: Postulat von A. Einstein (beruhend auf Arbeit von S. Bose): ideale Bose-Gase kondensieren bei T=0K ideales Bose-Gas: Gas freier, nicht mit einander wechselwirkender Bosonen J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
5 Wie entstehen Bose-Einstein Kondensate? Gas wird gekühlt J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
6 Wie entstehen Bose-Einstein Kondensate? Gas wird gekühlt de-broglie-wellenlängen der Gasatome werden größer als Atomabstand J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
7 Wie entstehen Bose-Einstein Kondensate? Gas wird gekühlt de-broglie-wellenlängen der Gasatome werden größer als Atomabstand alle Atome schwingen im phasenstarr J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
8 Wie entstehen Bose-Einstein Kondensate? Gas wird gekühlt de-broglie-wellenlängen der Gasatome werden größer als Atomabstand alle Atome schwingen im phasenstarr die Atome werden ununterscheidbar, es ist ein Bose-Einstein-Kondensat (BEK) entstanden J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
9 Beispiel: Rubidium Bsp.: Rb Atome bei T=20nK im Volumen V = mm 3 J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
10 Beispiel: Rubidium Bsp.: Rb Atome bei T=20nK im Volumen V = mm 3 λ B = 0.7µm J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
11 Beispiel: Rubidium Bsp.: Rb Atome bei T=20nK im Volumen V = mm 3 λ B = 0.7µm r = 4µm J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
12 erstmalige Herstellung eines Bose-Einstein Kondensates 1995: 2 Gruppen stellen erstmals ein BEK her: J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
13 erstmalige Herstellung eines Bose-Einstein Kondensates 1995: 2 Gruppen stellen erstmals ein BEK her: E. Cornell, C. Wieman: ca Atome 85 Rb bei 20nK J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
14 erstmalige Herstellung eines Bose-Einstein Kondensates 1995: 2 Gruppen stellen erstmals ein BEK her: E. Cornell, C. Wieman: ca Atome 85 Rb bei 20nK W. Ketterle: wesentlich mehr Atome, 23 Na im µk-bereich J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
15 erstmalige Herstellung eines Bose-Einstein Kondensates 1995: 2 Gruppen stellen erstmals ein BEK her: E. Cornell, C. Wieman: ca Atome 85 Rb bei 20nK W. Ketterle: wesentlich mehr Atome, 23 Na im µk-bereich 2001: Nobelpreis für erstmalige Herstellung und Erforschung eines BEK J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
16 Herstellungsprozess von E. Cornell und C. Wieman Laserkühlung in Magneto-Optischer Falle auf mk Abbildung : Magneto-Optische Falle schematisch J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
17 Herstellungsprozess von E. Cornell und C. Wieman weitere Kühlung erfolgt durch Evaporationskühlung, d.h.: J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
18 Herstellungsprozess von E. Cornell und C. Wieman weitere Kühlung erfolgt durch Evaporationskühlung, d.h.: Magnetfallen werden so manipuliert, dass schnellere Atome entweichen können J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
19 Herstellungsprozess von E. Cornell und C. Wieman weitere Kühlung erfolgt durch Evaporationskühlung, d.h.: Magnetfallen werden so manipuliert, dass schnellere Atome entweichen können dabei entweichen über 99% der Atome J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
20 Herstellungsprozess von E. Cornell und C. Wieman weitere Kühlung erfolgt durch Evaporationskühlung, d.h.: Magnetfallen werden so manipuliert, dass schnellere Atome entweichen können dabei entweichen über 99% der Atome man erreicht wenige µk bzw. nk J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
21 Nachweise BEK fallen lassen; Ausdehnungsgeschwindigkeit erlaubt Rückschlüsse auf Zustand des Materials J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
22 Nachweise BEK fallen lassen; Ausdehnungsgeschwindigkeit erlaubt Rückschlüsse auf Zustand des Materials Aufnahme von Fluoreszensbildern, von links nach rechts: 400nK, 200nK, 50nK Abbildung : Fluoreszensbilder der Rb-Atome J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
23 mögliche Anwendungen noch genauere Uhren J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
24 mögliche Anwendungen noch genauere Uhren Atomlaser bzw. kohärente Materiewellen J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
25 mögliche Anwendungen noch genauere Uhren Atomlaser bzw. kohärente Materiewellen sehr kleine Schaltkreise etc. J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
26 bisher Erreichtes 1997: erster gepulster Atomlaser (W. Ketterle) J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
27 bisher Erreichtes 1997: erster gepulster Atomlaser (W. Ketterle) 1998/99: zunächst gepulster Atomlaser mit höherer Frequenz, dann Atomlaser mit richtigem Strahl J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
28 bisher Erreichtes 1997: erster gepulster Atomlaser (W. Ketterle) 1998/99: zunächst gepulster Atomlaser mit höherer Frequenz, dann Atomlaser mit richtigem Strahl kurz darauf: Atomlaser mit 0.1s Bestrahlungszeit J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
29 bisher Erreichtes 1997: erster gepulster Atomlaser (W. Ketterle) 1998/99: zunächst gepulster Atomlaser mit höherer Frequenz, dann Atomlaser mit richtigem Strahl kurz darauf: Atomlaser mit 0.1s Bestrahlungszeit BEK mit H, 4 He, 7 Li, 23 Na, 41 K, 52 Cs, 85 Rb, 87 Rb, 133 Cs, 174 Yb J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
30 Atomlaser Abbildung : Die ersten Atomlaser J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
31 bisherige Probleme nur kleine Mengen herstellbar J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
32 bisherige Probleme nur kleine Mengen herstellbar sehr "gutes"vakuum erforderlich; bereits kleine Verunreinigungen können das BEK zerstören J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
33 bisherige Probleme nur kleine Mengen herstellbar sehr "gutes"vakuum erforderlich; bereits kleine Verunreinigungen können das BEK zerstören noch nicht möglich, gleichzeitig BEK herzustellen und zu verbrauchen J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
34 bisherige Probleme nur kleine Mengen herstellbar sehr "gutes"vakuum erforderlich; bereits kleine Verunreinigungen können das BEK zerstören noch nicht möglich, gleichzeitig BEK herzustellen und zu verbrauchen bisher nicht viele verschiedene BEK J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
35 Quellen 1 yorks/pro13/v13.pdf 2 physics/laureates/2001/popular.html P.A. Tipler, R.A. Llewellyn, "Moderne Physik", 3. Auflage, Oldenbourg Verlag, 1999, S J. Zelle Bose-Einstein Kondensation / 14
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1 1.0079 H 3 Li 6.941 19 39.098 K 23 50.942 V 27 58.933 Co 73 180.95 Ta 78 195.08 Pt 82 207.2 Pb 21 44.956 Sc 25 54.938 Mn 29 63.546 Cu 33 74.922 As 7 14.007 N 75 186.21 Re 80 200.59 Hg 84 208.98 Po* 55
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