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Physikalische Blätter

Physik‐Nobelpreis für Pionierarbeiten zum fraktionalen Quanten‐Hall‐Effekt/… kurzgefaßt/Chemie‐Nobelpreis/BfA: deutliche Besserung des Physiker‐Arbeitsmarkts/Bachelor‐ und Mastergrade in der Physik?/USA entwickeln Next Generation Internet/Odyssee im Weltraum mit Happy End: Sonnenobservatorium SOHO wieder funktionstüchtig/Blick in die USA/Großbritannien: Flaute bei Physiklehrern/Verjüngungskur für Metrologie‐Institut/Grünes Licht für STEP: NASA und ESA fördern Satellitenmission zum Test des Äquivalenzprinzips/Hat das Ur‐Kilogramm bald ausgedient?: Die präzise Bestimmung der Planck‐Konstante weckt Hoffnungen auf eine Neudefinition des Kilogramms/Von wißbaren und unwißbaren Wegen: Atominterferometrisches Experiment klärt Verhältnis von Welle‐Teilchen‐Dualismus und Unschärfenbeziehung/Herkunft: unbekannt: Gibt die kosmische Strahlung Hinweise auf neue Teilchen?/Chaos unter dem Mikroskop/Notizen

Stefan Jorda, R. Sauerbrey, Michael Klasen, Stefan Jorda, Rainer Scharf, J. Redfearn, H. Dittus, Cláus Lämmerzahl, E. Braun

Published Nov 1, 1998• 0 citations
Publisher
DOI
10.1002/phbl.19980541103

Related papers

Physik‐Nobelpreis für die Entwicklung von Laserkühlung und Atomfallen/…kurzgefaßt/Max Planck zum Gedenken/WE‐Heraeus‐Programm „Weiterbildung in den Grundlagen unternehmerischen Denkens und Handelns” jetzt auch für Fachhochschulen/Einstein im ADLON/…kurzgefaßt/Auf Lebenszeit Studierender? — Oder: Beitragsvermeidung durch Stillhalten/Frühjahrstagungen: Internet‐Adressen/Blick in die USA/Großbritannien: Diamond und JET/JET setzt Weltrekordmarken/Trägheitsfusion mit schweren Ionen im Aufwind/Trägheitsfusion/Erstes Bose‐Einstein‐Kondensat in Europa/Quasiteilchen mit gebrochenzahliger Ladung beobachtet/Laserlicht verwandelt sich in Materie

Stefan Jorda, Ernst Dreisigacker, Gunnar Berg +7 more

Physik-Nobelpreis fur die Entwicklung von Laserkuhlung und Atomfallen Der Franzose Claude Cohen-Tannoudji sowie die Amerikaner Steven Chu und William D. Phillips teilen sich zu je ein Drittel den diesjiihrigen Physik-Nobelpreis.Sie erhalten ihn fur ,,die Entwicklung von Methoden, die es erlauben, Atome mit Laserlicht zu kiihlen und einzufangen".Die der Laserkiihlung zugrundeliegende Idee geht auf das Jahr 1975 zuriick T. W. Hansch und A. L. Schawlow schlugen damals vor, die Wechselwirkung zwischen neutralen Atomen und Photonen auszunutzen, um den Atomen gezielt Energie zu entziehen und sie damit abzukiihlen.Dazu sollte eine Atomwolke von verschiedenen Seiten mit Laserlicht beleuchtet werden, das gegen einen atomaren iibergang leicht verstimmt ist.Aufgrund des Doppler-Effekts wiiren dann einzelne Atomc nur mit denjenigen Laserstrahlen in Resonanz, auf die sie sich zubewegen, und wiirden durch den Strahlungsdruck abgebremst.S. Chu und Mitarbeitern gelang es 1984 erstmals, diese Idee umzusetzen, und kurz danach, eine Wolke aus Natrium-Atomen bis zur theoretischen ,,Doppler-Grenze" von 0.24 mK abzukiihlen.Chu entwickelte 1987 gemeinsam mit D. Pritchard und basierend auf einer Idee des Cohen-Tannoudji-Schiilers J. Dalibard auch die magneto-optische Falle, in dcr sich eine Atomwolke mit Hilfe gegenlaufiger Laserstrahlen und eines schwachen Magnetfelds einsperren 1aRt -eine wichtige Voraussetzung f i r spatere Experimente, da die gekuhlten Atomwolken ansonsten allein schon aufgrund der Schwerkraft den Experimentatoren ,,entkommen" wiiren.1988 entdeckte W. D.

Physikalische Blätter•Nov 1, 1997•0 citations

Verschiedene Anwendungen der Bohrschen Theorie und der Quantenlehre

O. D. Chwolson

Die Bohrs che Theorie, die uns eine Vorstellung vom Bau des Atoms gegeben hat, und die mit ihr aufs engste verknüpfte Quantenlehre, die dieser Theorie zugrunde liegt, sind nicht nur in fast alle Gebiete der Physik eingedrungen, sondern haben auch in der Chemie eine gewaltige, beständig wachsende Bedeutung erlangt. Diese Wissenschaft befaßt sich vor allem mit Atomen und Molekülen, und daher ist es von vornherein klar, daß eine Lehre, die so viel Neues über diese Atome gebracht hat, auch für die Chemie als eine Art Offenbarung erscheinen, ihr einen Zufluß von neuen Ideen geben, neue weite Horizonte eröffnen und zur Entwicklung sowie Vertiefung der theoretischen Grundlagen beitragen mußte, mit denen diese Wissenschaft das von ihr erlangte, fast unübersehbare Versuchsmaterial zusammengefaßt und synthesiert. Es ist ohne weiteres klar, daß wir der Anwendung der neuen Lehre auf die Chemie nur wenig Platz einräumen können und nur bei den Fragen verweilen werden, die für die Physik von Interesse sind. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, und sich in jedem speziellen Falle auf ein oder zwei Beispiele beschränkend, werden wir unser Hauptaugenmerk auf die leitenden Grundgedanken und Tatsachen richten, durch die die Anwendungen der neuen, auf dem Boden der Physik entstandenen und zur Blüte gelangten Ideen auf die Chemie charakterisiert werden.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1927•0 citations

Vier mehrjährige EG‐Forschungsprogramme

Quantengesetze sind das .Primare; erst als eine Folgerung davon gibt es im physikalischen Wellenfeld auch die Teilchen, die Korpuskeln.Fur mein eigenes privates Denken habe ich diese Erkenntnis gern in der scherzhaften Ungleichung ,,Planck groi3er als Demokrit" ausgedruckt: Die Atomistik der Materie ist nur ein besonderer Ausflui3 der von Planck entdeckten Unstetigkeit des physikalischen Feingeschehens.

Physikalische Blätter•Dec 1, 1975•1 citation

Vorbemerkungen

Richard T. Weidner, Robert L. Sells

Was versteht man unter „Moderner Physik“? Wie unterscheidet sie sich von der „Klassischen Physik“, und worin stimmt sie mit dieser überein? Welche Grundvorstellungen der klassischen Physik sind von der Physik des zwanzigsten Jahrhunderts übernommen worden, die sich mit sehr kleinen und mit sehr schnell bewegten Körpern befaßt? Welche klassischen Vorstellungen bleiben unverändert gültig, welche müssen abgewandelt oder ersetzt werden? Diese und andere wichtige Fragen werden wir in diesem einleitenden Kapitel behandeln.

Vieweg+Teubner eBooks•Jan 1, 1982•0 citations

Analyse eines atomaren Gravimeters hinsichtlich eines Quantentests des Äquivalenzprinzips

J. M. Hartwig

In dieser Arbeit wird ein atominterferometrisches Gravimeter vorgestellt und die Anwendbarkeit für einen quantenmechanischen Test des Einsteinschen Äquivalenzprinzips diskutiert.In Zusammenarbeit mit dem Institut für Erdmessung wurde der Sensor in mehrtägigen Messreihen zur Schwereregistrierung eingesetzt und bildet eine Grundlage für zukünftige absolutgravimetrische Messungen im Institut für Quantenoptik.Das Atom-Gravimeter wird mit auf 3 µK lasergekühlten Rubidium-87 betrieben.Die atomare Wolke geht nach einer Kühlphase direkt in den Freifall über.Das daraufhin appliziertes Strahlteiler-Lichtfeld treibt einen inertial sensitiven Zwei-Photonen Raman-Übergang und besteht in Analogie zu einem optischen Mach-Zehnder-Interferometer aus einer Abfolge aus Strahlteiler, Spiegel und abschließendem Strahlteiler-Puls.Die auf die atomare Superposition übertragene Phasenverschiebung durch die Interaktion mit den Lichtfeldern enthält die differenzielle Positionsinformation des atomaren Ensembles und erlaubt so eine Bestimmung der lokalen Beschleunigung relativ zum Lichtfeld.Die Kurzzeit-Sensitivität ist durch Vibrationen auf 3 × 10 -6 m/s 2 limitiert.Langzeitmessungen ergaben eine maximale integrierte Sensitivität des Gravimeters von 3,86 × 10 -8 m/s 2 nach 4,91 × 10 4 s Integrationszeit.Die Integration zeigt auf dem angegebenen Niveau keine Drift und ist nur durch ein Aussetzen der Laserkühlung limitiert.Der beschriebene Aufbau ist primär als atominterferometrischer Test des Einsteinschen Äquivalenzprinzips entwickelt und kann zu diesem Zweck mit einer zweiten atomaren Spezies betrieben werden.In einem Vergleich der lokalen Gravitation für Rubidium-87 und Kalium-39 werden die dominanten Rauschbeiträge differenziell unterdrückt.Basierend auf der Stabilitäts-Analyse wird in dieser Arbeit eine Abschätzung für das erreichbare Eötvös-Verhaltnis getroffen.Eine konservative Abschätzung mit den für Rubidium bereits demonstrierten Operationsparametern erlaubt eine Messung des Eötvös-Verhältnis auf einem Niveau von 1 × 10 -9 .

•Jan 1, 2013•1 citation

Einführung

AuszugIm ersten Band haben wir die Grundlagen der makroskopischen Physik erarbeitet. Ausgangs-punkt bildeten einige wenige Postulate oder Erhaltungssätze, wie der Energie- und Impuls-erhaltungssatz oder die Erhaltung der elektrischen Ladung. Ein wichtiger Wesenszug war dabei der strenge Determinismus aller Naturvorgänge. Auf Grund der Newtonschen Postulate ist es z. B. möglich, Ort und Impuls eines Teilchens zu einem beliebig gewählten späteren Zeitpunkt vorherzusagen, wenn die auf es wirkenden Kräfte bekannt sind. Denken wir etwa an die präzisen Bahnberechnungen der Planeten des Sonnensystems oder an die einer komplizierten Flugroute einer Weltraumrakete. Das wird anders, wenn wir uns für den Mikrokosmos interessieren, also wenn wir uns eine Grundlage verschaffen wollen, die atomaren Prozesse von wenigen Prinzipien her quantitativ zu beschreiben. Die uns aus dem täglichen Leben selbstver-ständliche Voraussetzung, dass eine Messung das Teilchen nicht beeinflusst, gilt in der Welt der kleinsten Teilchen nicht mehr. Wir können im Allgemeinen keine präzise Vorhersage machen über die Bahn eines einzelnen herausgegriffenen Teilchens. Das Messergebnis beeinflusst dieses und seine Bahn. Auch der uns bekannte Sachverhalt, dass sich die Energie eines gebundenen Teilchens in beliebigen Portionen ändern lässt, müssen wir aufgeben. Unter einem gebundenen Teilchen wollen wir dabei ein Teilchen verstehen, etwa ein Elektron, das durch das Potential des zugehörigen Atomkerns durch dessen elektrisches Potential sich nicht von ihm lösen kann, sondern gezwungen wird, den Kern zu umrunden. Damit sind wir aber schon wieder an einen Punkt gelangt, wo die Natur uns ein „Stopp“ entgegenhält. Wir werden nämlich sehen, dass der Bahnbegriff überhaupt nicht mehr zulässig ist.

Physik•Dec 27, 2007•0 citations
Physik‐Nobelpreis für Pionierarbeiten zum fraktionalen Quanten‐Hall‐Effekt/… kurzgefaßt/Chemie‐Nobelpreis/BfA: deutliche Besserung des Physiker‐Arbeitsmarkts/Bachelor‐ und Mastergrade in der Physik?/USA entwickeln Next Generation Internet/Odyssee im Weltraum mit Happy End: Sonnenobservatorium SOHO wieder funktionstüchtig/Blick in die USA/Großbritannien: Flaute bei Physiklehrern/Verjüngungskur für Metrologie‐Institut/Grünes Licht für STEP: NASA und ESA fördern Satellitenmission zum Test des Äquivalenzprinzips/Hat das Ur‐Kilogramm bald ausgedient?: Die präzise Bestimmung der Planck‐Konstante weckt Hoffnungen auf eine Neudefinition des Kilogramms/Von wißbaren und unwißbaren Wegen: Atominterferometrisches Experiment klärt Verhältnis von Welle‐Teilchen‐Dualismus und Unschärfenbeziehung/Herkunft: unbekannt: Gibt die kosmische Strahlung Hinweise auf neue Teilchen?/Chaos unter dem Mikroskop/Notizen
Physik‐Nobelpreis für die Entwicklung von Laserkühlung und Atomfallen/…kurzgefaßt/Max Planck zum Gedenken/WE‐Heraeus‐Programm „Weiterbildung in den Grundlagen unternehmerischen Denkens und Handelns” jetzt auch für Fachhochschulen/Einstein im ADLON/…kurzgefaßt/Auf Lebenszeit Studierender? — Oder: Beitragsvermeidung durch Stillhalten/Frühjahrstagungen: Internet‐Adressen/Blick in die USA/Großbritannien: Diamond und JET/JET setzt Weltrekordmarken/Trägheitsfusion mit schweren Ionen im Aufwind/Trägheitsfusion/Erstes Bose‐Einstein‐Kondensat in Europa/Quasiteilchen mit gebrochenzahliger Ladung beobachtet/Laserlicht verwandelt sich in Materie
Physik-Nobelpreis fur die Entwicklung von Laserkuhlung und Atomfallen Der Franzose Claude Cohen-Tannoudji sowie die Amerikaner Steven Chu und William D. Phillips teilen sich zu je ein Drittel den diesjiihrigen Physik-Nobelpreis.Sie erhalten ihn fur ,,die Entwicklung von Methoden, die es erlauben, Atome mit Laserlicht zu kiihlen und einzufangen".Die der Laserkiihlung zugrundeliegende Idee geht auf das Jahr 1975 zuriick T. W. Hansch und A. L. Schawlow schlugen damals vor, die Wechselwirkung zwischen neutralen Atomen und Photonen auszunutzen, um den Atomen gezielt Energie zu entziehen und sie damit abzukiihlen.Dazu sollte eine Atomwolke von verschiedenen Seiten mit Laserlicht beleuchtet werden, das gegen einen atomaren iibergang leicht verstimmt ist.Aufgrund des Doppler-Effekts wiiren dann einzelne Atomc nur mit denjenigen Laserstrahlen in Resonanz, auf die sie sich zubewegen, und wiirden durch den Strahlungsdruck abgebremst.S. Chu und Mitarbeitern gelang es 1984 erstmals, diese Idee umzusetzen, und kurz danach, eine Wolke aus Natrium-Atomen bis zur theoretischen ,,Doppler-Grenze" von 0.24 mK abzukiihlen.Chu entwickelte 1987 gemeinsam mit D. Pritchard und basierend auf einer Idee des Cohen-Tannoudji-Schiilers J. Dalibard auch die magneto-optische Falle, in dcr sich eine Atomwolke mit Hilfe gegenlaufiger Laserstrahlen und eines schwachen Magnetfelds einsperren 1aRt -eine wichtige Voraussetzung f i r spatere Experimente, da die gekuhlten Atomwolken ansonsten allein schon aufgrund der Schwerkraft den Experimentatoren ,,entkommen" wiiren.1988 entdeckte W. D.
Die Bohrs che Theorie, die uns eine Vorstellung vom Bau des Atoms gegeben hat, und die mit ihr aufs engste verknüpfte Quantenlehre, die dieser Theorie zugrunde liegt, sind nicht nur in fast alle Gebiete der Physik eingedrungen, sondern haben auch in der Chemie eine gewaltige, beständig wachsende Bedeutung erlangt. Diese Wissenschaft befaßt sich vor allem mit Atomen und Molekülen, und daher ist es von vornherein klar, daß eine Lehre, die so viel Neues über diese Atome gebracht hat, auch für die Chemie als eine Art Offenbarung erscheinen, ihr einen Zufluß von neuen Ideen geben, neue weite Horizonte eröffnen und zur Entwicklung sowie Vertiefung der theoretischen Grundlagen beitragen mußte, mit denen diese Wissenschaft das von ihr erlangte, fast unübersehbare Versuchsmaterial zusammengefaßt und synthesiert. Es ist ohne weiteres klar, daß wir der Anwendung der neuen Lehre auf die Chemie nur wenig Platz einräumen können und nur bei den Fragen verweilen werden, die für die Physik von Interesse sind. Ohne auf Einzelheiten einzugehen, und sich in jedem speziellen Falle auf ein oder zwei Beispiele beschränkend, werden wir unser Hauptaugenmerk auf die leitenden Grundgedanken und Tatsachen richten, durch die die Anwendungen der neuen, auf dem Boden der Physik entstandenen und zur Blüte gelangten Ideen auf die Chemie charakterisiert werden.
Was versteht man unter „Moderner Physik“? Wie unterscheidet sie sich von der „Klassischen Physik“, und worin stimmt sie mit dieser überein? Welche Grundvorstellungen der klassischen Physik sind von der Physik des zwanzigsten Jahrhunderts übernommen worden, die sich mit sehr kleinen und mit sehr schnell bewegten Körpern befaßt? Welche klassischen Vorstellungen bleiben unverändert gültig, welche müssen abgewandelt oder ersetzt werden? Diese und andere wichtige Fragen werden wir in diesem einleitenden Kapitel behandeln.
In dieser Arbeit wird ein atominterferometrisches Gravimeter vorgestellt und die Anwendbarkeit für einen quantenmechanischen Test des Einsteinschen Äquivalenzprinzips diskutiert.In Zusammenarbeit mit dem Institut für Erdmessung wurde der Sensor in mehrtägigen Messreihen zur Schwereregistrierung eingesetzt und bildet eine Grundlage für zukünftige absolutgravimetrische Messungen im Institut für Quantenoptik.Das Atom-Gravimeter wird mit auf 3 µK lasergekühlten Rubidium-87 betrieben.Die atomare Wolke geht nach einer Kühlphase direkt in den Freifall über.Das daraufhin appliziertes Strahlteiler-Lichtfeld treibt einen inertial sensitiven Zwei-Photonen Raman-Übergang und besteht in Analogie zu einem optischen Mach-Zehnder-Interferometer aus einer Abfolge aus Strahlteiler, Spiegel und abschließendem Strahlteiler-Puls.Die auf die atomare Superposition übertragene Phasenverschiebung durch die Interaktion mit den Lichtfeldern enthält die differenzielle Positionsinformation des atomaren Ensembles und erlaubt so eine Bestimmung der lokalen Beschleunigung relativ zum Lichtfeld.Die Kurzzeit-Sensitivität ist durch Vibrationen auf 3 × 10 -6 m/s 2 limitiert.Langzeitmessungen ergaben eine maximale integrierte Sensitivität des Gravimeters von 3,86 × 10 -8 m/s 2 nach 4,91 × 10 4 s Integrationszeit.Die Integration zeigt auf dem angegebenen Niveau keine Drift und ist nur durch ein Aussetzen der Laserkühlung limitiert.Der beschriebene Aufbau ist primär als atominterferometrischer Test des Einsteinschen Äquivalenzprinzips entwickelt und kann zu diesem Zweck mit einer zweiten atomaren Spezies betrieben werden.In einem Vergleich der lokalen Gravitation für Rubidium-87 und Kalium-39 werden die dominanten Rauschbeiträge differenziell unterdrückt.Basierend auf der Stabilitäts-Analyse wird in dieser Arbeit eine Abschätzung für das erreichbare Eötvös-Verhaltnis getroffen.Eine konservative Abschätzung mit den für Rubidium bereits demonstrierten Operationsparametern erlaubt eine Messung des Eötvös-Verhältnis auf einem Niveau von 1 × 10 -9 .
AuszugIm ersten Band haben wir die Grundlagen der makroskopischen Physik erarbeitet. Ausgangs-punkt bildeten einige wenige Postulate oder Erhaltungssätze, wie der Energie- und Impuls-erhaltungssatz oder die Erhaltung der elektrischen Ladung. Ein wichtiger Wesenszug war dabei der strenge Determinismus aller Naturvorgänge. Auf Grund der Newtonschen Postulate ist es z. B. möglich, Ort und Impuls eines Teilchens zu einem beliebig gewählten späteren Zeitpunkt vorherzusagen, wenn die auf es wirkenden Kräfte bekannt sind. Denken wir etwa an die präzisen Bahnberechnungen der Planeten des Sonnensystems oder an die einer komplizierten Flugroute einer Weltraumrakete. Das wird anders, wenn wir uns für den Mikrokosmos interessieren, also wenn wir uns eine Grundlage verschaffen wollen, die atomaren Prozesse von wenigen Prinzipien her quantitativ zu beschreiben. Die uns aus dem täglichen Leben selbstver-ständliche Voraussetzung, dass eine Messung das Teilchen nicht beeinflusst, gilt in der Welt der kleinsten Teilchen nicht mehr. Wir können im Allgemeinen keine präzise Vorhersage machen über die Bahn eines einzelnen herausgegriffenen Teilchens. Das Messergebnis beeinflusst dieses und seine Bahn. Auch der uns bekannte Sachverhalt, dass sich die Energie eines gebundenen Teilchens in beliebigen Portionen ändern lässt, müssen wir aufgeben. Unter einem gebundenen Teilchen wollen wir dabei ein Teilchen verstehen, etwa ein Elektron, das durch das Potential des zugehörigen Atomkerns durch dessen elektrisches Potential sich nicht von ihm lösen kann, sondern gezwungen wird, den Kern zu umrunden. Damit sind wir aber schon wieder an einen Punkt gelangt, wo die Natur uns ein „Stopp“ entgegenhält. Wir werden nämlich sehen, dass der Bahnbegriff überhaupt nicht mehr zulässig ist.