Überblick

Kalte Riesen

In ultrakalten Rydberg-Gasen lassen sich zahlreiche Vielteilchenphänomene untersuchen.

  • Robert Löw und Hans Peter Büchler
  • 03 / 2011 Seite: 29

Die nach Johannes Rydberg benannten elektronisch hochangeregten Atome erfahren dieser Tage weltweit eine Renaissance. Auslöser hierfür ist die Kombination mit ultrakalten Atomgasen, deren Freiheitsgrade sich fast vollständig kontrollieren lassen. Damit ist es möglich, die vielfältigen physikalischen Eigenschaften der Rydberg-Atome in einer noch nie da gewesenen Präzision zu untersuchen, zu manipulieren und zu nutzen. Vor allem das Zusammentreffen von hohen Dichten und starker Wechselwirkung eröffnet zahlreiche Perspektiven für stark korrelierte Quantensysteme und die Quanteninformation.

Vor fast 200 Jahren beobachtete Joseph von Fraunhofer schmale dunkle Streifen im Spektrum des Sonnenlichts. Diese entstehen, wenn die Sonnen- sowie die Erdatmosphäre die von der heißen Sonne emittierte Schwarzkörperstrahlung absorbieren. Einige dieser Linien konnte Balmer 1885 der nach ihm benannten Serie von Spektrallinien im Wasserstoff zuordnen, z. B. eine Absorptionslinie bei 410 nm, die dem Übergang zwischen den Hauptquantenzahlen n = 2 nach n = 6 entspricht und damit einen ersten Hinweis auf höhere Energieniveaus der Atome gab. Mit der phänomenologischen Beschreibung der Wasserstoffserien durch Johannes Rydberg hatten dann auch die hochangeregten Zustände (n > 10) ihren Namenspatron gefunden. Der spektroskopische Fingerabdruck hochangeregter Atome und Moleküle liefert nicht nur detaillierte Informationen über die Sonne, sondern auch über viel fernere Objekte wie interstellare Wolken und Plasmen. Ein weiteres Beispiel für die Bedeutung dieser exotischen Zustände ist der direkte Nachweis der Feldquantisierung des elektromagnetischen Feldes durch die kohärente Kopplung von hochangeregten Atomen, kurz Rydberg-Atomen, an das Vakuumfeld eines Mikro­wellenresonators. Damit gelang es eindrucksvoll, die Vorhersagen der Quantenelektrodynamik zu bestätigen [1]....

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