Wissenschaftlern in Japan ist es gelungen, etwa 10.000 ultrakalte Strontiumatome mithilfe eines gemusterten Laserstrahls einzufangen. Die einzelnen Atome werden dabei in räumlich getrennten Maxima der Intensität des Wellenzuges festgehalten, so dass Kollisionen unter ihnen stark herabgesetzt werden. Auf diese Weise könnte es gelingen, eine Uhr mit einer Genauigkeit von minus 18 Zehnerpotenzen herzustellen, berichten die Forscher im Fachmagazin Nature (Band 435, Seite 321).
Hidetoshi Katori und seine Kollegen der Universität von Tokio und des Nationalen Instituts für Meßstandards in Ibaraki kühlten in ihrem Experiment zunächst eine Wolke aus etwa 10.000 Strontiumatomen in einer
Vakuumkammer auf eine Temperatur von etwa 2 Mikrokelvin ab. Um zu verhindern, dass die kalten Atome der Wolke miteinander kollidierten, schossen die Forscher zudem einen infraroten Laserstrahl in die Kammer, der dort an einem Spiegel reflektiert wurde und somit ein Interferenzmuster mit Maxima und Minima der Lichtintensität erzeugte.
Die Atome der Wolke wurden dabei durch elektromagnetische Wechselwirkungen in die verschiedenen Maxima der stehenden Lichtwelle gezogen und dort eingefangen. Mit diesem Trick gelang es den japanischen Forschern, die Kollisionsrate der Atome in der Wolke soweit herabzusetzen, dass diese nun bei energetischer Anregung rotes Licht mit einer extrem kleinen Frequenzbreite aussendeten.
Die Frequenzbreite eines Lichtstrahls gibt an, wie viele verschiedene Wellenlängen in ihm enthalten sind. Die Frequenzbreite der Lichtaussendung eines einzelnen Atoms ? die so genannte natürliche Linienbreite ? lässt sich mithilfe der Quantenmechanik aus der Kenntnis der energetischen Struktur des Atoms berechnen.
Wenn Atome miteinander kollidieren, vergrößert sich die Frequenzbreite des von ihnen ausgesandten Lichts. Da die Forscher dies durch das Einfangen der Atome verhinderten, könnte ihr Studie die Herstellung einer optischen Uhr ermöglichen, die die Genauigkeit von Atomuhren um ein Tausendfaches übertrifft.
Stefan Maier
