Zeitschrift für Naturforschung A

Zur Bose-Statistik (Nachtrag)

G. Schubert

Published May 1, 1947• 4 citations

Abstract

Abstract Zu der kürzlich 1 abgeleiteten Erweiterung der B o s e -Verteilungsfunktion um Glieder der Ordnung 1 /N (N = Teilchenzahl) wird eine Ergänzung gebracht.

DOI: 10.1515/zna-1947-0503

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In den vergangenen vier Jahren wurde ein Labor aufgebaut, um grundlegende Fragestellungen der Quantenmechanik, die mit Korrelationsmessungen an individuellen Atomen einer Materiewelle adressiert werden konnen, zu beantworten. Die grose Koharenzlange in einem Bose-Einstein-Kondensat, als Quelle fur Materiewellen, wird dabei eine wesentliche Rolle spielen. Mit dem Kondensat kann eine Vier-Wellen-Mischung initiiert werden, die zu korrelierten Atompaaren fuhrt, was in bemerkenswerter Analogie zu der spontanen parametrischen Fluoreszenz von Photonen ablauft. Die Paare sind dann in der Summe ihrer Impulse und der Differenz ihrer Position verschrankt, was der dreidimensionalen Version des original Einstein-Podolsky- Rosen-Zustands entspricht. Die experimentelle Demonstration dieses verschrankten Zustands verspricht eine Spielwiese fur Materiewellenexperimente zu eroffnen, was die erfolgreichen photonischen Experimente in das Reich der massiven Teilchen erweitert. Dadurch wird es moglich werden fundamentale Unterschiede wie Fermi- Statistik im Gegensatz zu Bose-Statistik, die erste Ordnung in der Zeitabhangigkeit der Schrodinger-Gleichung im Gegensatz zu der zweiten Ordnung in Maxwell’s Gleichungen, und Gravitation mit ihrer sehr viel starkeren Wirkung auf massive Teilchen im Vergleich zu ruhemasselosen Teilchen, im Rahmen von Verschrankung zu testen. Fu r dieses Vorhaben wurde eine Probe metastabiler Heliumatome, kondensiert in ein Bose-Einstein Kondensat, erzeugt. Nach dem Anregen von Helium-4 in seinen ersten angeregten Zustand, wird der Atomstrahl mit optischen Mitteln gebundelt, gebremst, und in einer magneto-optischen Falle gefangen. Um die Atome unter das Doppler-Limit zu kuhlen, werden die Atome in eine rein magnetische Falle transferiert. Quantenmechanische Entartung wird durch Verdampfungskuhlung der Helium Atome bis auf 1μK in 10s erreicht. Typischerweise werden 10^6 ununterscheidbare Atome gewonnen und dienen als Ausgangspunkt fur die spateren Experimente mit korrelierten Atompaaren. Zur Detektion der Atomkorrelationen wurde ein hochauflosender, ultraschneller Verzogerungsleitungs-Detektor installiert. Der Detektor besteht aus Mikrokanalplatten in Kombination mit einer Verzogerungsleitung fur schnelles, elektronisches Aus- lesen. Jedes Detektionsereignis wird in Ort und Zeit mit 120μm, beziehungsweise 250 ps Genauigkeit aufgezeichnet. Um korrelierte Atompaare zu erzeugen, wurden Laser aufgebaut, die Raman- Ubergange treiben konnen und spater den Vier-Wellen-Prozess einleiten werden. Danach konnen die Atome im freien Fall 80cm expandieren bevor sie vom Detektor gemessen werden und daraus ein dreidimensionales Bild der Atome im Impulsraum rekonstruiert wird. Das eroffnet die Moglichkeit fur Experimente, die die Verschrankung der Atompaare nach dem Vier-Wellen-Prozess beweisen. Verschiedene Anordnungen, um die nicht-klassischen Korrelationen zu beweisen, wurden theoretisch untersucht und deren Machbarkeit in dem aktuellen Auf- bau analysiert. Darunter befinden sich Doppel-Doppelspalt- und Geisterinterferenz-Experimente, welche analog zu den Experimenten mit Photonen von Rarity und Tapster sind. Die Analyse zeigt, dass das Erzeugen von individuellen Kollisionszo-nen in dem Bose-Einstein-Kondensat der vielversprechendste Kandidat ist, um die Korrelationen zu demonstrieren.

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