h. Wie kann man die für die Bose Einstein Kondensation erforderlichen Bedingungen erreichen?
Im Abschnitt über die Quanten Statistik wurde bereits erwähnt, dass Quanteneffekte, in Gasen aus Atomen, nur unter extremen Bedingungen in Erscheinung treten. Die Bedingung ist, dass die thermische deBroglie Wellenlänge und der mittlere Abstand, zwischen den Teilchen im Gas, die gleiche Größenordnung haben müssen.
Um dies zu erreichen hat man zwei Möglichkeiten Die erste Möglichkeit wäre, dass man die Dichte des Gases erhöht. Das ist nicht besonders praktikabel, da es sehr schwierig ist die Dichte eines Gases um mehr als zwei oder drei Größenordnungen zu erhöhen. Ausserdem kann ein Gas flüssig werden wenn man es zu stark komprimiert was eine Bose Einstein Kondensation sehr schwierig, wenn auch nicht unmöglich, macht.
Daher besteht das Mittel der Wahl darin, die thermische deBroglie Wellenlänge zu erhöhen indem man die Temperatur stark absenkt. Im Abschnitt über Quanten Statistik wurde auch gezeigt dass sehr niedrige Temperaturen nötig sind um ein Gas aus Atomen in das Quanten Regime zu bringen. Die Temperaturen, um eine Bose Einstein Kondensation zu erreichen, sind nochmal um einiges geringer.
So kam es, dass das erste Bose Einstein Kondensat in einem Gas aus Rubidium Atomen im Jahre 1995 von Anderson und seinen Mitarbeitern [en] erzeugt wurde. Die Bedingungen unter denen die Bose Einstein Kondensation stattfand waren sehr extrem; die Dichte des Gases betrug nur 1012 Atome pro Milliliter. Dieser Wert ist 10 Millionen fach kleiner als die Dichte eines Gases unter Standardbedingungen. Folglich war die, für die Bose Einstein Kondensation, benötigte Temperatur noch viel niedriger als die zuvor Berechnete.
Die Kondensation konnte bei einer Temperatur von
beobachtet werden. Sie liegt nur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Doch das bedeutet, dass jegliche Interaktion mit der Umgebung (z.B. mit den Wänden eines Gefäßes) die Temperatur des Gases erhöhen, und das Kondensat zerstören würde.
Deshalb wird die Atom Wolke in einer magnetooptischen Falle gefangen gehalten. Die Falle besteht, wie der Name bereits sagt, aus magnetischen Feldern, die von stromdurchflossenen Spulen erzeugt werden und aus optischen Laserstrahlen, die zur Kühlung der Atome benutzt werden.
Dadurch schwebt das Kondensat im Raum und kommt nicht mit den Gefäßwänden in Berührung. Eine ähnliche Technik wird auch in manchen experimentellen Fusionsreaktoren benutzt. Allerdings dient der Einschluss hier nicht dazu eine Erwämung des Gases zu verhindern sondern seine Abkühlung.
Die obige Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer magnetooptischen Falle. Die stromdurchflossenen Spulen (grün und blau) erzeugen ein statisches magnetisches Feld. Laser strahlen (rot) werden benutzt um das Gas zu Kühlen und einzuschließen.
Nachdem wir jetzt also verstanden haben wie man ein Bose Einstein Kondensat erzeugt, stellt sich die Frage: