Unmögliche Kälte: Forschern ist es gelungen, ein Mikroobjekt über das Quantenlimit hinaus abzukühlen. Sie entzogen dem Objekt alle Energie bis auf nur noch ein Fünftel Quant. Dieser Wert liegt unterhalb der mit Laserkühlung erreichbaren Untergrenze, wie die Physiker im Fachmagazin „Nature“ berichten. Den Durchbruch brachte eine Methode, bei der „gequetschtes“ Licht für die Kühlung eingesetzt wird.
Normalerweise sind Atome eines Gases durch die in ihnen enthaltene Energie immer in Bewegung. Je höher die Temperatur, desto heftiger diese Bewegung. Auch ein Mikroresonator, eine wenige Mikrometer große Membran aus dünnem Material, schwingt selbst bei großer Kälte kaum merklich. Doch Laserlicht kann diese Bewegungen dämpfen und die Atome und Objekte fast bis auf ihren Grundzustand herunterkühlen.
Für die Laserkühlung gibt es jedoch eine Untergrenze. Dieses Quantenlimit besteht, weil die bremsende Wirkung der Photonen leicht fluktuiert. Dadurch bekommt das gekühlte Objekt ab und zu einen winzigen Stoß, der ihm wieder Energie zuführt. Um ein Atom oder einen Mikroresonator auf seinen Grundzustand herunterzukühlen, muss dieser konkurrierende Heizeffekt daher ausgeglichen oder am besten ganz aufgehoben werden.
Mit Photonen ausgetrickst
Bei Atomen ist es durch die sogenannte Seitenbandkühlung bereits gelungen, ihnen so viel Energie zu entziehen, dass weniger als ein Quant übrig bleibt – ein auf den ersten Blick unmöglich scheinender Zustand. Möglich wird dies, weil Atome oder Ionen nur Photonen bestimmter fester Energie aufnehmen oder abgeben können. Wenn diese Atome aber schwingen, treten durch eine Art Doppler-Effekt Verschiebungen auf – sogenannte Seitenbänder.
