Dynamik und Korrelationen eines Bose-Einstein-Kondensats aus Licht

Statistische Teilchenzahlfluktuationen sind eine fundamentale Eigenschaft des thermischen Verhaltens von Bosonen, Teilchen mit ganzzahligem quantenmechanischen Spin. Die Astronomen Hanbury Brown und Twiss erbrachten den experimentellen Nachweis dafür bereits Mitte des 20. Jahrhunderts für thermische Photonen; entsprechende Untersuchungen für atomare Gase folgten in jüngerer Vergangenheit. Kühlt man ein Gas aus Bosonen stark ab, vollziehen die Teilchen einen Phasenübergang zu einem Bose-Einstein-Kondensat und formen einen quantenmechanischen Tropfen. Die Teilchenzahlerhaltung in dem isolierten Gas führt dann zu einer Dämpfung der Fluktuationen. Experimentell konnte der ungewöhnliche Aggregatzustand unlängst erstmals in einem Gas aus Licht beobachtet werden, in dem die kondensierten Photonen in einem Farbstoff-Resonator an ein molekulares Wärmebad und Teilchenreservoir koppeln. Wie beeinflussen diese erstmals zugänglichen großkanonischen statistischen Bedingungen die Physik der Teilchenzahlfluktuationen eines Bose-Einstein-Kondensats, und wie gelangt das Licht ins thermische Gleichgewicht? Der Autor führt die Themen theoretisch ein und gibt darauf aufbauend experimentelle Ergebnisse.

Autorentext

Studium der Physik an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität in Bonn. Promotion im Bereich der experimentellen Quantenoptik und Photonik in Bonn.