Gleichschritt kommt aus dem Tritt
Für ihre "Lauschattacke" in der Quantenwelt verwendeten die Experimentatoren ein paar Tausend Rubidium-Atome, die bis auf wenige Nanograd an den absoluten Nullpunkt abgekühlt wurden. Dabei nehmen die Atome den Zustand des sogenannten Bose-Einstein-Kondensats (BEC) ein. "Jedes einzelne Teilchen verliert dabei seine Identität und alle bewegen sich im Gleichklang, vergleichbar mit einer im Gleichschritt marschierenden Kompanie Soldaten", erklärt Schmiedmayer.
Doch unendlich lang kann die Reihe an Atomen nicht werden, irgendwann macht sich das Quanten-Rauschen störend bemerkbar, der Gleichschritt bekommt Makel. Sichtbar machten die Physiker dieses "außer Tritt kommen" der Bewegungen von Teilchen in einer ein-dimensionalen Kette, indem sie zwei solcher Ketten im Zustand des BEC zur Interferenz bringen. Anschließend wurden die Interferenzstreifen mit Laser beleuchtet und fotografiert. Die Interferenzbilder zeigen die Störungen des Gleichschritts in Form von zu Wellenlinien verbogenen Mustern anstatt gerader Steifen bei völliger Harmonie der Teilchen.
Statistische Auswertung ermöglicht Abgrenzung
Nun kommt aber noch das Faktum ins Spiel, dass die Atome zwar nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden können, aber eine kleine Resttemperatur von unter einem millionstel Bruchteile eines Grades bleibt doch vorhanden. "Dadurch gibt es in dem System auch ein thermisches Rauschen", so der Wissenschafter. Durch statistische Auswertungen der Bilder ist es dem Team jetzt weltweit erstmals gelungen, das thermische Rauschen und das echte Quantenrauschen auseinanderzudividieren.