Atome zählen

Eine Glasfaser, die Atome zählt
Visualisierung der Glasfaser: Die Lichtwelle im Inneren ragt aus der Faser heraus und wird durch die Atome beeinflusst, die oben und unten knapp außerhalb der Glasfaser angelagert sind.

Mit Hilfe von Glasfasern, die nur fünfhundert Millionstel eines Millimeters dick sind, lassen sich Atome zählen!

Die verwendeten Glasfasern sind dünner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, so dass die Lichtwelle eigentlich nicht vollständig in die Faser passt - sie reicht ein Stück aus der Glasfaser heraus. Sitzen nun Atome so nahe der Glasfaser, dass die Lichtwelle mit den Atomen in kontakt kommt, so wird die Welle "gebremst". Aus dem Laufzeitunterschied - eigentlich dem Phasenunterschied - zu Wellen mit anderer Polarisationsrichtung, die also nicht mit Atomen, interagieren kann man auf die Anzahl der Atome in der Umgebung schließen. In den derzeitigen Experimenten werden hunderte bis tausende Atome in einem Abstand von weniger als einem Tausendstel Millimeter zur Glasfaser positioniert. Ihre Anzahl kan mit der vorgestellten Methode bis auf wenige Atome genau bestimmt werden. Durch Verfeinerung der Methode sollte es gelingen, sogar einzelne Atome zuverlässig nachzuweisen.

Und wofür könnte man das brauchen? Damit ließen sich hochempfindliche Detektoren bauen, mit denen man winzige Stoffmengen nachweisen kann. Auch für die quantenphysikalische Grundlagenforschung ist die Glasfaser-Methode von Bedeutung, da sie die Möglichkeit eröffnet, Quantenzustände zerstörungsfrei zu kontrollieren. Welchen technologischen Anwendungen noch möglich sind, ist heute aber noch gar nicht absehbar.

Quelle: TU-Wien Presseaussendung 84/2011,
Originalpublikation in Quantum Physics.

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