Physiker der Universität Amsterdam haben einen „Atomlaser“ konstruiert, der kohärente Materiewellen erzeugen kann – und zwar immer und immer wieder. Sie veröffentlichten ihre Studie dazu in der Zeitschrift Nature. Damit beweisen sie, dass sich Materie – ähnlich wie Licht beim echten Laser – auch in synchronen Wellen bewegen kann. Das Team hat es zum ersten Mal geschafft, ein solches Bose-Einstein-Kondensat (BEC) mit Licht zu kühlen, ohne dass die zerbrechliche Formation in sich zusammenfällt.

Auch beim Laser hat man erst gepulste Strahlen produziert, bevor kontinuierliche möglich wurden. Allerdings dauerte dieser Schritt nur sechs Monate. Beim sogenannten „Atomlaser“, in diesem Fall einem BEC aus Strontium-Atomen, sieht es anders aus: Es hat 25 Jahre gedauert, um einen kontinuierlichen Materiestrahl zu erschaffen. Die Seite Scietechdaily berichtet, das Problem habe darin gelegen, dass die BEC sehr zerbrechlich sind. Man musste immer wieder ein neues Kondensat schaffen, wenn Licht darauf getroffen war. Laser-Licht brauchten die Wissenschaftler:innen, um die enorme Kühlung des Materiestrahls zu gewährleisten.

Albert Einstein fiel beim Studium einer Arbeit des indischen Physikers Satyendranath Bose auf, dass Gasteile als Quantenobjekte ununterscheidbar sind und damit die Materiewellen mit diesem Material mit höheren Temperaturen möglich wären. „Höher“ bedeutet in diesem Zusammenhang eine Temperatur von wenigen Hundert Nanokelvin (ein Nanokelvin entspricht einem Milliardstel Kelvin) über dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius). 1995 gelang es zum ersten Mal, das Verfahren in der Praxis anzuwenden. 1997 gab es den Nobelpreis für die zugrundeliegende Kühltechnik mithilfe von Laserlicht.

Doch das Laserlicht störte die Atom-Kette, sodass sie immer wieder aufgebaut werden musste. Es gelang kein kontinuierlicher Strahl. Das Team aus Amsterdam hatte die zündende Idee. Florian Schreck, der Leiter des Teams, erklärt: „In früheren Experimenten wurde die allmähliche Abkühlung der Atome nur an einem Ort durchgeführt. In unserem Aufbau haben wir uns entschieden, die Abkühlungsschritte nicht zeitlich, sondern räumlich zu verteilen.“ Das Verfahren kühlt die Atome Schritt für Schritt und verbraucht sie am Ende, allerdings sind dann schon neue auf dem Weg. „Auf diese Weise können wir den Prozess in Gang halten – im Grunde für immer“, sagt Schreck.

„Diese Demonstration des Prinzips liefert einen neuen, bisher fehlenden Teil der Atomoptik, der den Bau von Geräten für kontinuierliche kohärente Materiewellen ermöglicht“, schreiben die Wissenschaftler:innen. Die Strahlen könnten am Ende dafür eingesetzt werden, die Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu untersuchen sowie dunkle Materie und schwarze Löcher aufzuspüren, schreiben Beobachter.