Physiker messen erstmals Anziehung zwischen ultrakalten Atomen

Erstmals konnten Physiker messen, dass Atome unterschiedlicher elektrischer Ladung zusammenrücken, sofern sie direkt nebeneinander liegen.

kernfusion — Eine Darstellung eines Atoms. (Symbolbild) - Pixabay

Das Wichtigste in Kürze

Zwei Atome können zusammenrücken, sofern sie unterschiedlich geladen sind.
Diesen Effekt konnten Physiker aus Österreich erstmals nachweisen.

Liegen zwei Atome direkt nebeneinander, kann das dazu führen, dass sie ein kleines Stück zusammenrücken. Sofern deren elektrische Ladungen sich voneinander unterscheiden.

Diesen extrem schwachen Effekt konnten Physiker aus Wien und Innsbruck nun in einem neuen Versuchsaufbau erstmals messen.

Dabei entlassen sie ultrakalte Atome aus einer Falle, beschiessen sie mit einem Laser und beobachten die Zerstreuung. Das berichten die Forscher im Fachblatt «Physical Review X».

Diese Art «Bindungszustand aus Licht und Materie» fusst darauf, dass sich Atome anziehen. Diese haben an den einander zugewandten Seiten unterschiedliche elektrische Ladungen. Das schreibt die Technische Universität (TU) Wien in einer Mitteilung.

Schwache Anziehungskraft zwischen polarisierten Atomen

Solche Anziehungskraft zwischen sogenannten polarisierten Atomen ist jedoch um ein Vielfaches schwächer als sie sonst in Molekülen ist. Theoretisch vorhergesagt wurde sie zwar bereits. Im Experiment nachgewiesen wurde sie bis zu der Untersuchung noch nicht.

In der Regel hat man es mit elektrisch neutralen Atomen zu tun. «Wenn man nun ein äusseres elektrisches Feld einschaltet, dann verschiebt sich diese Ladungsverteilung ein bisschen». Das sagt einer der Hauptautoren der Studie, Philipp Haslinger vom Wiener Atominstitut: «Die positive Ladung wird geringfügig in die eine Richtung, die negative Ladung geringfügig in die andere Richtung verschoben. Das Atom hat plötzlich eine positive und eine negative Seite, es ist polarisiert.»

Forschung — Eine Frau arbeitet in einem Labor (Symbolbild). - Pixabay

Diese Polarisation erreicht man auch mit Licht. Das hat den Vorteil, dass die Änderung sehr rasch eintritt. Das braucht es auch, um den Mini-Anziehungseffekt tatsächlich messen zu können.

Atome mit Laserstrahl polarisiert

In ihrem Versuch mussten die Wissenschaftler einer kleinen Atomwolke möglichst viel Energie entziehen. Dies, um überhaupt eine Chance zu haben, dem flüchtigen Effekt habhaft zu werden.

Dazu schlossen sie Atome in einer Magnetfalle ein. Sie kühlten das Atom-Ensemble auf eine Temperatur nur knapp über dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius.

Das reicht der präparierten Atomwolke, sich beim anschliessenden Ausschalten der Falle nur ein klein wenig auszudehnen. Während sie allerdings nach unten fällt und sich die Einzelelemente voneinander entfernen, knipsten die Physiker quasi das Licht an. Mit einem Laserstrahl wurden die Atome polarisiert.