Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Atoomlasers zenden materiegolven uit die bestaan uit vele atomen die quantummechanisch met elkaar in de pas lopen. Deze zijn net als optische laserstralen uitstekend geschikt voor interferometrie, nauwkeurige navigatie, bodemonderzoeken en het waarnemen van zwaartekrachtgolven. Zulke sensoren werken enorm veel beter als ze continu aanstaan, maar tot nu toe kon men alleen gepulste atoomlasers maken. Hier beschrijf ik hoe wij continue bose-einsteincondensatie hebben gerealiseerd, het materiegolfequivalent van continue optische laserwerking. Met deze doorbraak hopen wij continue atoomlaserinterferometers en continu werkende optische atoomklokken te kunnen realiseren.

Atomen zijn deeltjes en golven. Als je een atomair gas afkoelt tot temperaturen onder een microkelvin, waarbij de atomen minder dan een centimeter per seconde afleggen, kun je niet gelijktijdig hun positie en impuls bepalen vanwege de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Wat we wel kunnen weten over deze eigenschappen wordt beschreven met een quantummechanische golffunctie. Deze geeft de waarschijnlijkheid aan dat we een atoom met een bepaalde positie of impuls aantreffen als we zouden meten. De ruimtelijke spreiding van deze golffunctie wordt groter als de snelheid van het atoom afneemt. Bij het koelen van een atomair gas kunnen de golffuncties van de individuele atomen gaan overlappen. Zoals Einstein in 1925 al voorspelde op basis van een suggestie van de Indiase natuurkundige Satyendra Nath Bose, kunnen de golffuncties met elkaar synchroniseren als alle atomen identieke bosonen zijn (deeltjes met heeltallige spin, zoals het strontiumisotoop 84Sr) [3]. Dan worden de vele atomen binnen het gas beschreven met één grote golffunctie. Een dergelijk bose-einsteincondensaat (BEC) werd in 1995 voor het eerst geproduceerd door de groepen van Eric Cornell, Carl Wieman en Wolfgang Ketterle, waar ze de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor ontvingen [4].

 Lees het volledige artikel in het meinummer van het NTvN of klik hier.