Læsetid 3 min.

Superatom fik prisen

Forskning i en ny tilstandsform får Nobelprisen
15. oktober 2001

Kvantemekanik
»Jeg var lammet«, sagde Eric A. Cornell i 1995, »og jeg kunne ikke sove tre dage efter, fordi jeg hele tiden tænkte: Gud, det er virkelig sket«. Cornell og hans kolleger havde introduceret en ny tilstandsform på Jorden.
Stof f.eks. vand kendes på jorden i tre former; fast, flydende og gasform, men efter 1995 også som Bose-Einstein kondensat. En meget besynderlig tilstand som et stof kan bringes i ved at fryse en gas så koldt og med så stor tæthed, at alle atomerne bringes til at stå næsten stille. De kvantemekaniske bølger, der beskriver de enkelte atomer flyder dermed ud og smelter sammen indtil alle atomerne låses fast i den samme tilstand – Bose-Einstein kondensatet.
Hvert atom mister sin identitet og sine individuelle egenskaber og opfører sig som et slags kollektiv af ens bølger, stoffet er blevet ét stort atom – et 'superatom'. De kvantemekaniske love, der normalt kun beskriver de enkelte mikroskopiske dele, bestemmer nu over hele det makroskopiske system. En meget mærkelig entitet, som ikke har nogen parallel i hverdagens virkelighed.
»Det er noget mennesker, som er vokset i den makroskopiske verden, ikke rigtig kan forstå,« siger fysikeren Steven Chu fra Stanford Universitet til New York Times, »og helt ærligt er det heller ikke noget, fysikere, som er vokset i den makroskopiske verden, kan forstå«.
Nu, efter kun seks år til at bundfælde sig, har Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi tildelt Cornell Nobelprisen i fysik sammen med Carl E. Wieman og Wolfgang Ketterle. »Jeg havde håbet på det ville ske en dag, men snarere efter tyve år end seks«, siger Cornell, der arbejdede sammen med Wieman. Hastigheden skyldes formentlig, at Bose-Einstein kondensatet har været kendt siden 1924, hvor Albert Einstein og den indiske fysiker Satyendra Nath Bose udviklede den teoretiske basis for Bose-Einstein kondensater. Målet havde således været kendt i 70 år, men problemet havde været at fryse stof ned til de ekstreme grader, der var påkrævet (0,000 000 180 over det absolutte nulpunkt som er -273,15 C). Mange var efterhånden begyndt at tvivle på om naturen overhovedet opførte sig sådan, da det lykkedes for Wiemans og Cornell.
Arbejdet blev rigeligt bekræftet og videreudviklet af bla. Wolfgang Ketterle, som udforskede tilstandsformen. Han udviklede en strøm af små dråber Bose-Einstein kondenserede natrium-atomer, der opførte sig som en slags primitiv laser – bare med materie i stedet for lys.
Atomer er som bekendt byggesten for alt stof og som sådan er de blevet udforsket. Bose-Einstein kondensatet repræsenterer en ny åbning for at udforske og udnytte den kvantemekaniske verden, som flere danske fysikere har kastet sig over. Den danske ’lysmester’ Lene
Hau’s laboratorium var det fjerde sted, hvor det lykkedes at lave et Bose-Einstein kondensat. Hun sender laserlys gennem en 0,2 mm lang cigarformet sky af Bose-Einstein kondenserede natrium-atomer når hun udforsker vekselvirkning mellem atomer og lys (fotoner). Det er de specielle egenskaber ved tilstandsformen hun benytter til at bremse lyset.
Fysikeren Anders Sørensen, Århus Universitet, kobler Bose-Einstein kondensatet til et andet mærkværdigt fænomen: entanglement. Fænomenet som selv Einstein fandt »spooky« betyder, at en måling udført på et objekt kan fremkalde en umiddelbar ændring af et andet objekts tilstand, trods det, at objekterne ikke kan interagere.
Disse og andre udforskninger af Bose-Einstein kondensater får forskerne til at diskutere anvendelsesmuligheder, der lyder som plukket ud af science fiction genren; kvanteteleportation og kvantecomputere.
I seneste nummer af Nature fremlagde en tysk gruppe nye resultater i det hastigt voksende felt, som viser, at fiktionen ikke er så fjern endda. Hidtil har kondensaterne kun kunnet håndteres på afstand som ultrakolde skyer, fordi kvantetilstandene er meget skrøbelige og ikke tåler kontakt med andre atomer. Det er lykkedes tyskerne at fremstille Bose-Einstein kondensater, så de både kan flyttes rundt og kan dannes nemmere og hurtigere.
Et vigtigt skridt på vejen mod kvantecomputere, som kvanteteorien forudsiger vil have en ny type beregningslogik, der i visse tilfælde vil være flere ordner hurtigere end klassiske computere.
Videnskabsakademiet siger mere forsigtigt i deres begrundelse, at kontrol over denne nye tilstandform vil bringe revolutionerende anvendelser indenfor felter som præcise målinger og nanoteknologi.

Bliv opdateret med nyt om disse emner

Prøv Information gratis i 1 måned

Klik her

Allerede abonnent? Log ind her

Anbefalinger

anbefalede denne artikel

Kommentarer

Der er ingen kommentarer endnu