Atomuhr auf dem Chip

Für tragbare Versionen der extrem genauen Zeitmesser legen Münchener Physiker eine wichtige Grundlage

Atomchip
Atomchip

München - So genau Atomuhren ticken, so aufwändig ist ihr Aufbau. Um in Zukunft auch tragbare Versionen dieser extrem präzisen Zeitmesser bauen zu können, kontrollieren Münchener Physiker nun ultrakalte Quantengase auf einem nur wenige Zentimeter großen Chip. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" berichten, gelang ihnen nun erstmals, auf diesem Atomchip einzelne Rubidiumatome quantenmechanisch zu koppeln. Mit dieser so genannten "Verschränkung" könnte sogar noch genauer gemessen werden als mit klassisch aufgebauten Atomuhren oder Interferometern.

Diese Technik könne genutzt werden, um interferometrische Messungen über das Standardquantenlimit – eine fundamentale untere Messgrenze – hinauszuheben, erklären Max Riedel und seine Kollegen aus der Arbeitsgruppe des Physik-Nobelpreisträger Theodor W. Hänsch am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Interferometer sind in der Physik weit verbreitete Instrumente, um beispielsweise die Gravitationskonstante extrem genau zu bestimmen.

Für die nun gelungene Verschränkung auf dem Atomchip kühlten die Physiker Rubidiumatome auf tiefe Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad Celsius. So entstand ein so genanntes Bose-Einstein-Kondensat, in dem Gruppen von Rubidiumatomen sich zu einer Art Superatom verknüpften. In einem Magnetfeld isoliert, kontrollierten die Forscher nun die Quantenzustände dieser Atome mit Anregungspulsen und Mikrowellen. Die Analyse der Atome belegte, dass deren Quantenzustände miteinander verschränkt werden konnten.

Dieses Ergebnis legt eine wichtige Grundlage für handliche Atomuhren, deren taktgebende Atome auf einen kleinen Chip passen. Heute sind die Apparaturen zur Kühlung und Kontrolle der Atome allerdings noch zu groß für eine tragbares Gerät.