Ringvorlesung „Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Dialog"

Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt dominieren die seltsamen Gesetze der Quantenphysik. Zum einen bekommen die Atome eines ultrakalten Gases einen Wellencharakter und ihr Aufenthaltsort ist über ein Raumgebiet „verschmiert“. Zum anderen tritt ein faszinierendes, „soziales“ Phänomen auf: Der Gesamtdrehimpuls eines jeden Atoms diktiert sein Verhalten gegenüber gleichartigen Atomen. So meiden sich in gewissem Sinne gleichartige Atome mit halbzahligem Drehimpuls, während gleichartige Atome mit ganzzahligem Drehimpuls gesellig sind und gerne einen kollektiven Zustand, das Bose-Einstein-Kondensat, bilden. In einem Ensemble von Atomen ergeben sich daher interessante Spielregeln, wie Atome miteinander wechselwirken und wie sie sich zu Paaren bzw. Molekülen verbinden können. Mit modernen Kühlmethoden, die in den letzten 30 Jahren entwickelt wurden, können wir ultrakalte Atomgase in unseren Laboren herstellen und ihre Eigenschaften studieren. Ich berichte über Experimente, mit denen wir dem „sozialen“ Verhalten der Atome auf die Spur kommen. Dabei kontrollieren wir präzise den internen Quantenzustand der Atome, ihre Temperatur und Dichte, sowie die Wechselwirkungsstärke zwischen Atomen. Es ergeben sich interessante Effekte, bei denen sich z.B. der „soziale“ Charakter des Kollektivs schlagartig ändern kann. Viele dieser hier beobachteten Quantenphänomene finden sich in leicht abgewandelter Form auch in anderen physikalischen Systemen wieder und haben teilweise sogar zentrale Relevanz für unser alltägliches Leben. Auch darauf werde ich kurz eingehen.