Forscher erschaffen erstmals Rydberg-Polaronen in einem Bose-Einstein-Kondensat

Lithium Atom, vereinfachte Darstellung - Bild: PixabayAuch wenn es in unserer makroskopischen Welt nicht so erscheinen mag, Materie besteht zum größten Teil einfach aus leerem Raum, ein Atom besteht nämlich neben dem Atomkern aus einer Hülle von Elektronen, welche diesen umkreisen, der Abstand dazwischen ist aber bedeutend größer als es sich die meisten wohl vorstellen würden, wäre nämlich ein ganzes Atom z.B. so groß wie ein Sportstadion, dann wäre der Atomkern gerade einmal so groß, wie ein Reiskorn in der Mitte des Stadions, während die Elektronen es auf den oberen Tribünen umkreisen, der Rest ist nichts weiter als leerer Raum.

Nun war zwar schon länger bekannt, dass es möglich ist, diese Elektronenhülle enorm aufzublähen (und damit den leeren Raum zwischen ihr und dem Atomkern auf ein mehr als 1000-faches zu vergrößern) indem man dem Atom mittels eines Lasers gezielt sehr viel Energie zuführt, diesen Zustand nennt man dann ein Rydberg-Atom, doch nun gelang es Forschern an der TU Wien diesen vergrößerten leeren Raum mit anderen Atomen zu füllen, das Ergebnis, ein neuer, extremer Materiezustand, nennt sich dann Rydberg-Polaron.

Um das zu ermöglichen mussten die Forscher Strontiumatome so extrem abkühlen, dass diese ein sogenanntes Bose-Einstein-Kondensat bildeten, einen extremen Aggregatzustand, bei dem sich die Atome in ihren Schwingungen angleichen und sich letztlich alle im selben quantenmechanischen Zustand befinden. Blähten sie nun eines dieser Atome mit Hilfe eines Lasers extrem auf, so „verschluckte“ dessen Hülle sogar benachbarte Atome, so dass sich schließlich bis zu 160 Strontiumatome, welche aufgrund ihrer elektrischen Neutralität auch nicht von der Elektronenhülle abgestoßen wurden, innerhalb der aufgeblähten Hülle des Rydberg-Atoms befanden. Dabei entsteht zwar eine Bindung zwischen den verschluckten Atomen und dem Rydberg-Atom, doch ist diese so schwach, dass sie nur innerhalb dieser extrem heruntergekühlten Umgebung bestehen kann.

Quelle: phys.org | DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.083401

Weiterführende Informationen:
Bose-Einstein-Kondensat: https://de.wikipedia.org/wiki/Bose-Einstein-Kondensat
Rydberg-Atom: https://de.wikipedia.org/wiki/Rydberg-Zustand
Atome und ihr Aufbau: https://de.wikipedia.org/wiki/Atom

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