Suprafluide Atome in einem Ring.
Ich habe dem Vortrag diesen Titel gegeben, eine neue Art geschlossener Kreislauf,
aber ich denke, ein besserer Titel wäre gewesen: ein paar erste Schritte zur Atomtronik.
Ich möchte erwähnen, dass ich über jüngste Arbeiten in meinem Labor erzählen werde,
die hauptsächlich von Gretchen Campbell durchgeführt wurden,
und wir sind Teil der NIST Laserkühlungs- und Fallengruppe im Laboratorium für physikalische Messungen des NIST.
Und wir sind ebenfalls Teil des Joint Quantum Institute, das das NIST und die Universität Maryland gemeinsam betreiben.
Ich kann nicht widerstehen, ein wenig schamlose Werbung zu machen.
Zumal so viele junge Leute hier sind.
Es gibt viele Gelegenheiten zum Studium und zur Forschung am Joint Quantum Institute.
Und wenn Sie auf der Stufe Ihrer Karriere sind, auf der Sie darüber nachdenken, wohin Sie als Nächstes gehen,
denken Sie vielleicht auch an uns.
Sie könnten in eine Gruppe wie unsere kommen oder in eine der vielen anderen Gruppen, die es am Joint Quantum Institute gibt,
zum Studium aller möglichen wunderbaren Dinge im Feld der Quantenmechanik.
Und das andere, was ich sagen möchte, bevor ich richtig beginne: Wenn Sie mich treffen, stellen Sie mir Fragen!
Wenn Sie mir Fragen stellen, dann gebe ich Ihnen einen Gewinn.
Also während Kaffeepausen, Mittagessen, Abendessen, wo auch immer.
Wenn ich nichts anderes zu tun habe, bin ich versessen darauf, mit Ihnen zu sprechen.
Heute Nachmittag haben wir eine Diskussionssitzung.
Morgen gibt es eine Masterclass.
Und der nächste Sprecher, Klaus von Klitzing, wird Ihnen denselben Gewinn geben,
es ist die 2014 CODATA-Taschenkarte der fundamentalen Naturkonstanten.
Nun, bei NIST, besitzen wir die fundamentalen Naturkonstanten.
Und deshalb verteile ich sie hier.
Ich werde Klaus auch ein großes Bündel geben und er wird sie auch ausgeben.
In Teds Vortrag haben Sie von CODATA gehört, und ok, CODATA macht manchmal Fehler, aber es ist das Beste, was wir haben.
Wie können Sie ein Physiker sein, wenn sie dies nicht in Ihrer Brieftasche haben!
Ok, ich möchte über suprafluide Atome in einem Ring sprechen, aber ich muss Ihnen zunächst ein bisschen Hintergrund vermitteln.
Lassen Sie uns daher ein wenig mehr als 20 Jahre zurückgehen.
Es wurde damals im Science Magazine bekannt gegeben, dass das Molekül des Jahres das Bose-Einstein-Kondensat war.
Nun, es war überhaupt kein Molekül.
Und es war auch keine neue Form der Materie.
Es ist ein Gas, verdammt noch mal, aber es ist ein wirklich, wirklich cooles Gas,
weil es einen Traum realisierte, der mit Einstein 70 Jahre früher anfing.
Als Einstein vorhersagte, dass etwas Komisches und Wunderbares passieren würde,
wenn man ein Bosonengas hätte und man es kalt und dicht genug bekäme, es gäbe nämlich einen Phasenübergang.
Und denken Sie darüber nach, dies ist ein Phasenübergang in einem idealen Gas, wo es überhaupt keine Phasenübergänge geben dürfte.
Aber wegen der Quantenstatistik der Bosonen in diesem Gas würde es einen Phasenübergang geben.
Die Natur dieses Phasenübergangs laut Einstein war, dass ein großer Teil der Atome aufhören würde, sich zu bewegen.
Denken Sie daran, dies war kurz bevor Heisenbergs Unschärferelation erschien.
Damit wussten wir, dass die Atome nicht tatsächlich aufhören würden, sich zu bewegen.
Sie würden nur zum niedrigst möglichen Bewegungszustand übergehen,
der durch Heisenbergs Unschärferelation möglich ist, d. h. der Nullpunktbewegung.
Wie kalt und dicht wäre das?
Dies ist nicht so, wie Einstein sich das vorgestellt hat, aber es ist ein schöner Weg, es sich vorzustellen,
basierend auf de Broglies Idee, dass Materie einen wellenähnlichen Charakter hat.
Wenn man also ein heißes, verdünntes Gas hat, ist die Wellenlänge dieser Atome kurz
und der Abstand zwischen den Atomen ist groß und die Wellenlänge spielt einfach keine Rolle.
Aber wenn das Gas dicht und kalt ist, dann ist die Wellenlänge lang und der Abstand zwischen den Atomen ist klein.
Und man kann an dem Punkt ankommen, wo die Wellenlänge vergleichbar mit dem Atomabstand wird.
Dann passiert hier der Zauber.
Ein großer Teil der Atome wird eine einzelne Welle,
d. h. die Atome haben dieselbe Wellenfunktion, und sie werden zu einer einzigen Welle, die den gesamten Behälter füllt.
Wie kalt und dicht muss man dafür werden?
In einem typischen Experiment kann es ein paar hundert Nanokelvin sein, ein paar hundert milliardstel Grad
über dem absoluten Nullpunkt, mit einer Dichte von der Größenordnung 10^13 Atome pro Kubikzentimeter.
Nun, einige Leute denken, dass eine Dichte von 10^13 Atome pro Kubikzentimeter ein Vakuum sind, aber tatsächlich denken wir,
dass es ein ziemlich dichtes Gas ist.
Und wie bekommt man es so dicht?
Der erste Schritt ist die Laserkühlung.
Sie haben einen Vortrag von Dave Wineland gehört und Sie haben einen Vortrag von Ted Hänsch gehört,
aber keiner der beiden erwähnte, natürlich aus Bescheidenheit, dass Sie diejenigen waren, die die Laserkühlung erfanden.
Zusammen mit Dehmelt und Schawlow, von denen Sie in Teds Vortrag ein Bild sahen, waren sie die Erfinder der Laserkühlung.
Jeder von ihnen hat übrigens einen Nobelpreis für etwas anderes bekommen, neben der Laserkühlung.
Ich denke, das sagt etwas darüber aus, wie schlau diese Leute sind.
Aber hier ist die Grundidee: Stellen Sie sich ein Gas aus Atomen vor und vereinfachen wir das Problem, wie wir das immer tun,
wie Einstein es uns erklärt hat: Alles sollte so einfach wie möglich sein, aber nicht einfacher.
Und daher nehmen wir in der Vereinfachung ein eindimensionales Gas.
Also bewegen sich einige der Atome in diese Richtung, und einige der Atome bewegen sich in die andere Richtung
und man scheint Licht von beiden Seiten herein, und man stimmt das Licht so ab,
dass es ein wenig unter der Resonanzfrequenz der Atome ist.
Diese Atome bewegen sich in diese Richtung und sehen,
dass die Dopplerverschiebung dieses Laserstrahls dessen Frequenz näher an die Resonanzfrequenz des Atoms bringt.
Diese Atome absorbieren bevorzugt von diesem Laserstrahl und werden langsamer.
Diese Atome andererseits sehen diesen Laserstrahl als denjenigen, der die richtige Frequenz für Absorption hat.
Dieses Atom absorbiert von diesem Laserstrahl und wird langsamer.
Man kann das auf drei Dimensionen verallgemeinern und Laserstrahlen haben,
die rückwärts und vorwärts und nach oben und nach unten gehen.
Und nun wird das Atom, egal wohin es sich bewegt, die Laserstrahlen, die seiner Bewegung entgegenstehen, als die sehen,
die näher an der Resonanz sind und es wird sich verlangsamen.
Und dies wurde zuerst im Labor von Steve Chu realisiert.
Sie benötigen diese Bilder nicht, es ist nur um Sie zu erinnern, wie Dave Wineland und Ted Hänsch aussehen.
Wenn Sie sie über Laserkühlung ausfragen wollen.
Und wenn sie Steve Chu finden, können Sie auch ihn fragen.
Aber eine Sache, die ich herausstellen möchte, ist, dass einer der Gründe,
warum diese Typen den Nobelpreis für Laserkühlung erhielten, war,
dass die Laserkühlung sogar besser funktionierte als die ursprünglichen Forscher dachten.
Tatsächlich wurden wir hundertmal kälter, über hundertmal kälter als wir mit der Laserkühlung werden sollten.
Und ich werde Ihnen diese Geschichte nicht erzählen.
Es ist eine wunderbare Geschichte, aber wir können später darüber sprechen.
Aber selbst das war nicht kalt genug oder dicht genug, um eine Bose-Einstein-Kondensation zu erreichen.
Was konnten wir also machen?
Die Antwort war ziemlich einfach.
Kühlung durch Verdampfen.
Sie wissen, was passiert, wenn man auf seinen Kaffee bläst, damit er kälter wird.
Man lässt die Wassermoleküle mit der höchsten Energie von der Oberfläche entkommen und die Zurückbleibenden sind kälter.
Wir machen genau dasselbe, indem wir unsere Atome in einer Magnetfalle oder Laserfalle einfangen,
erlauben wir den energiereichsten Atomen zu entkommen, und die Zurückbleibenden sind kälter.
Mit der Benutzung von Verdampfungskühlung in einer Magnetfalle in den frühen Tagen konnten diejenigen,
die ich die Helden der Bose-Einstein-Kondensation nenne, Temperaturen erzielen,
die viel kälter waren als mit der Laserkühlung möglich, bis zum Nanokelvin-Regime hinunter.
Sie waren in der Lage, Einsteins merkwürdige und wunderbare Vorhersage zu realisieren.
Wer waren also diese Helden?
Einer davon ist Dan Kleppner, der oft auch der Pate der Bose-Einstein-Kondensation genannt wird.
Ich bin froh, dass Sie das Logo aus dem Movie erkannt haben.
Der Grund, warum er Pate genannt wird, ist, weil er uns alles über die Techniken gelehrt hat,
die wir benötigen, um eine Bose-Kondensation herzustellen.
Aber dies waren diejenigen, die Helden, die es tatsächlich erreicht haben: Eric Cornell und Carl Wieman in Boulder.
Wolfgang Ketterle am MIT.
Wir schauen uns hier die Geschwindigkeitsverteilung eines atomaren Gases an,
während es von einer Temperatur von 400 Nanokelvin heruntergekühlt wird, zu heiß für das Auftreten dieses Phasenübergangs.
Sie sehen diese breite Verteilung ohne Merkmale, wie man sie bei jedem thermischen Gas erhalten würde.
Und wenn dann die Temperatur auf 200 Nanokelvin heruntergeht, bekommt man diesen riesigen Peak Atome mit der Geschwindigkeit Null.
Und das ist das Kondensat.
Das hat diesen Burschen im Jahr 2001 den Nobelpreis in Physik eingebracht.
Carl Wieman soll hier sein.
Ich habe ihn auch noch nicht gesehen.
Aber wenn Sie ihn sehen, fragen Sie ihn danach.
Was ist also ein Bose-Einstein-Kondensat?
Es ist ein makroskopischer Quantenzustand.
Es sind tausende bis millionen, manchmal sogar milliarden Atome alle in demselben Zustand.
In seiner Kohärenz in der Wellennatur dieser Atome ist es wie ein Laser.
Wie ein Laser viele, viele Photonen im selben Zustand hat,
hat ein Bose-Einstein-Kondensat viele, viele Atome in demselben Zustand.
Und oft ist es groß, hunderte von Mikrometer Durchmesser, oder sogar größer, beispielsweise ein Millimeter.
Sie jungen Leute können etwas so Kleines sehen.
Ich kann das nicht.
Aber wenn man es mit dem nackten Auge sehen kann, dann ist es makroskopisch.
Also was machen wir?
Wir tun das Gas, hatte ich erwähnt, dass es suprafluid ist?
Nein, das ist hier nicht drauf.
Oh, hier ist es, ok.
Ich habe es erwähnt – hier.
Dies ist eine Supraflüssigkeit.
Dies ist eine neue Art der Supraflüssigkeit.
Wir hatten flüssiges Helium.
Suprafluides Helium.
Wir hatten Supraleiter, die eine Supraflüssigkeit sind, elektrische Supraflüssigkeit.
Jetzt haben wir eine gasförmige Supraflüssigkeit.
Und dann geben wir es in einen Ring.
Es stellt sich heraus, wenn man einen Laserstrahl auf die rote Seite der Resonanzfrequenz eines Atomübergangs abgestimmt hat,
dann werden die Atome vom intensivsten Teil des Laserstrahls angezogen.
Wir fokussieren einen Ring aus Laserlicht kleiner.
Dies ist in einen Ring herunter fokussiert, der etwa 50 Mikrometer Durchmesser hat.
Und dann fokussieren wir mit einer Zylinderlinse einen anderen Laserstrahl herunter, um eine Lichtplatte zu erzeugen.
Und der innere Bereich dieses Lichtrings und dieser Lichtplatte erzeugt einen Torus, in dem wir Ionen einfangen können.
Und wir können einen anhaltenden Strom von Atomen bekommen, die diesen Ring umkreisen, der solange andauert wie die Atome leben.
Das einzige, was dieses Erhalten des Stroms stoppt, ist die Tatsache, dass wir ein unvollkommenes Vakuum haben.
Und schließlich werden die Atome durch die übrigen Atome bei Raumtemperatur aus diesem Ring herausgestreut.
Meistens Wasserstoff in unserem unvollkommenen Vakuum.
Sie könnten jetzt sagen, warum haben Sie kein besseres Vakuum erzeugt?
Wir machten dies so gut wir konnten.
Und das bekamen wir.
Aber 60 Sekunden, in unserem Geschäft sind 60 Sekunden wie eine Ewigkeit.
Das ist also fantastisch.
Jetzt möchte ich betonen, dass diese Arbeit durch Gretchen Campbell durchgeführt wurde.
Natürlich nennen wir diese Gruppe die „Gefährten des Rings“,
und sie können die früheren und derzeitigen Mitglieder sowie unsere Theoriekollegen sehen.
Hier ist ein Gruppenbild von Gretchens Gruppe.
Hier ist daher Gretchen, die die Gefährten leitet.
Und hier sind die Doktoranden und die Postdocs.
Und die Theoretiker.
Natürlich gibt es überall auf der Welt Leute, die wunderbare Experimente mit Ringen durchführen.
Hier sind einige davon und vermutlich habe ich einige vergessen.
Ich wäre dankbar, wenn Sie mir sagen, falls das zutrifft.
Aber was ist dann das Nächste?
Nun, wir haben einen Ring, und das ist der einfachste Schaltkreis, den man sich vorstellen kann.
Es ist das atomare Äquivalent einer Leiterschleife, aber wir wollen etwas Interessanteres machen.
Aber wenn man einen supraleitenden Schaltkreis hätte, was würde ich mit dem supraleitenden Schaltkreis machen?
Ich würde einen Josephson-Kontakt einbauen.
Wir stellen einen Josephson-Kontakt her, indem wir einen Lichtstrahl an einer Stelle des Rings hineinstrahlen,
und der Lichtstrahl ist jetzt auf die blaue Seite abgestimmt, d. h. zur hochfrequenten Seite der Atomresonanz.
Diese Art Laserstrahl stößt die Atome ab.
Daher kann man eine Verringerung der Atomanzahl hier sehen.
Die Atome müssen diese Barriere überwinden, um den Ring zu umkreisen.
Dies erzeugt eine schwache Verbindung oder einen Josephson-Kontakt.
Und ich möchte betonen, wenn sie den Josephson-Effekt und Josephson-Kontakte studiert haben,
haben Sie vielleicht an die Art Josephson-Kontakt gedacht,
wo man eine sehr dünne Schicht eines Dielektrikums hat und die Elektronenpaare durch das Dielektrikum hindurchtunneln.
Und das ist in der Tat eine Art des Josephson-Kontakts, der idealen Sorte des Josephson-Kontakts, an die, denke ich,
Brian Josephson – der genau hier sitzt, ist das nicht fantastisch? – dachte, als ihm dies einfiel.
Nun Sie junge Menschen, übrigens, Josephson, wie alt waren Sie damals, 20?
Nein, vermutlich 22.
22, ok, ich denke, dass nicht viele von Ihnen jungen Leuten so jung sind.
Und Brian fiel etwas ein, das unsere gesamte Denkweise über Supraleiter und die Möglichkeit,
supraleitende Schaltungen herzustellen, veränderte.
Nun, wie ist das als Herausforderung für Sie junge Menschen?
Also der Punkt ist, damit Sie es wissen, suchen Sie Brian Josephson, der Punkt ist,
dass dies nicht der einzige Weg ist, einen Josephson-Kontakt herzustellen.
Und sogar in Supraleitern gibt es Dinge, die Dayem-Brücken genannt werden, die eine Art Josephson-Kontakt sind,
wo man den Supraleiter hier ausgedünnt hat.
Das haben wir in unserem Josephson-Kontakt gemacht.
Man kann sehen, die suprafluide Atomdichte, sie ist fast überall suprafluid, wurde hier ausgedünnt.
Ok, so machen wir einen Josephson-Kontakt.
Wie kontrollieren wir den Strom?
Wir kontrollieren den Strom, indem wir den Josephson-Kontakt nehmen und ihn um den Ring rotieren lassen.
Nun, warum ist das gut?
Wenn wir in einem Bezugsrahmen wären, der mit dem Kontakt rotiert,
dann sähen wir eine Corioliskraft in diesem rotierende Rahmen, zusätzlich zur Zentrifugalkraft,
aber das Wichtige hier ist die Corioliskraft.
Diese Corioliskraft ist ein Term in omega x v, dem Rotationsvektor gekreuzt mit der Geschwindigkeit.
Die Lorentzkraft auf ein geladenes Teilchen in einem Magnetfeld ist vxB.
Sie hat dieselbe funktionale Form.
Es stellt sich heraus, dass der Übergang zu einem rotierenden Bezugssystem für neutrale Atome genau dasselbe ist
wie ein magnetisches Feld auf geladene Elektronen anzuwenden, die man in einem supraleitenden Ring hätte.
Damit haben Sie eine Analogie.
Was passiert jetzt, wenn man ein Magnetfeld auf einen supraleitenden Ring einwirken lässt, der einen Josephson-Kontakt enthält.
Der Strom im Ring wächst, um den magnetischen Fluss herauszudrängen,
bis man den kritischen Strom für den Josephson-Kontakt erreicht, und dann erlaubt es ein Flussquant hinein.
Wir erwarten, dass genau dasselbe hier passiert.
Im rotierenden Bezugsrahmen, wenn man stärker rotiert, was einem stärkeren magnetischen Feld äquivalent ist,
erhält man offensichtlich einen höheren Strom, weil man im rotierenden Rahmen die Atome sieht,
wie sie in der anderen Richtung durch den Kontakt gehen.
Man hat also einen höheren Strom, je schneller man rotiert.
Aber irgendwann erreicht man den kritischen Strom, der durch den Kontakt fließen darf,
und dann wird ein Quant nicht des magnetische Flusses, sondern ein Quant der Zirkulation möglich.
Und wir schauen uns den Ring an, um zu sehen, ob er rotiert.
Wie können wir unterscheiden, ob er rotiert?
Wir geben ihn frei und nach einer Flugzeit, wenn er nicht rotiert, füllt sich das Loch in der Mitte des Rings.
Aber wenn er rotiert, dann kann das Loch sich nicht füllen und wir sehen das, wir sehen ein Loch in der Mitte der Wolke,
weil die Atome nicht im Zentrum sein können, wenn er einen Drehimpuls hat.
Und nur durch Betrachten der Lochgröße können wir feststellen, was die Zirkulation ist.
Die Zirkulation ist quantisiert, weil dies eine einzelne Wellenfunktion ist.
Und die Phase der Wellenfunktion, die hier herum geht, die Ihnen sagt,
der Gradient dieser Phase gibt Ihnen die Geschwindigkeit, das muss sich auf ein Vielfaches von 2 Pi aufsummieren.
Und so kann man eine Zirkulationseinheit haben, oder zwei oder drei oder so viele wir wollen,
und nur durch Betrachten des Lochs können wir sehen, wie viele wir haben.
Hier sind die Ergebnisse eines unserer Experimente.
Was wir hier machten, war, dass wir die Barriere durch den Ring mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotieren ließen.
Und als wir das dann bei niedriger Geschwindigkeit durchführten und es dann abschalteten
und uns das freigesetzte Kondensat ansahen, sahen wir keine Zirkulation.
Aber als wir dies bei hoher Geschwindigkeit machten, bekamen wir immer eine Zirkulation.
Und irgendwo dazwischen gab es einen Übergang.
Und das war für eine Barriere mit einer bestimmten Höhe.
Wenn die Barriere nur ein wenig höher war, erhielten wir den Übergang früher.
Genau wie man das erwarten würde.
Man würde erwarten, dass die Geschwindigkeit, die man zum Fließen benötigt, um die Suprafluidität zu brechen
und eine Anregung zu erhalten, die kritische Geschwindigkeit, niedriger ist, wenn die Barriere höher ist.
Wir entwickelten daher ein Spielzeugmodell dieser Anregung, die die Erzeugung einiger Wirbel hier beinhaltete,
und dann stoßen sich die Wirbel ab und gehen nach außen.
Das Spielzeugmodell schien einigermaßen mit der Theorie übereinzustimmen.
Und das Spielzeugmodell stimmt mit dem Experiment überein.
Aber es stimmte überhaupt nicht überein damit, die Schallgeschwindigkeit zur kritischen Geschwindigkeit zu machen.
Dies war der Hinweis zur Idee, dass nicht Phononen die auftretenden Anregungen waren,
wenn wir die kritische Geschwindigkeit übertreten.
Sondern dass es so etwas wie Wirbel waren.
Ich möchte betonen, dass dies nicht das erste Mal war, dass jemand diese Art Experiment mit einer Flüssigkeit durchgeführt hat.
Richard Packard und seine Gruppe in Berkeley haben Supraflüssigkeiten benutzt, Helium-3 und Helium-4,
um diese Art Vorrichtung herzustellen und empfindlich genug zu machen, um die Erdrotation nachzuweisen.
Wir machen dasselbe wie sie, aber mit einem Gas.
Wir sind noch nicht so gut wie sie.
Wir können nicht die Erdrotation messen, aber wir machen einige interessante Dinge und haben einigen Spaß.
Lassen Sie mich Ihnen etwas über die spaßigen Dinge sagen, die wir mit diesen suprafluiden Gasen machen.
Hysterese, warum gibt es in dem System eine Hysterese?
Erinnern Sie sich an die Geschichte, die ich Ihnen über die Rotation der Barriere entlang des Rings erzählt habe?
Im rotierenden Bezugssystem sehen Sie einen Fluss in die entgegengesetzte Richtung mit etwa der Geschwindigkeit,
mit der die Barriere rotiert, bis man schließlich diese Geschwindigkeit erreicht,
die hoch genug ist, um eine Anregung zu erreichen.
D. h., es ist keine Supraflüssigkeit mehr, es erzeugt eine Anregung, und diese Anregung bringt ein Zirkulationsquant in den Ring.
Die gesamte Flüssigkeit in dem Ring zirkuliert jetzt so herum mit einer Geschwindigkeit.
Lassen Sie uns annehmen, dass die kritische Geschwindigkeit, nur für die Argumentation, stellen Sie sich vor,
die kritische Geschwindigkeit wäre fast so hoch wie die Geschwindigkeit, wenn man hier ein Zirkulationsquant drin hat.
Übrigens, die Geschwindigkeit ist für einen 50 Mikrometer Ring etwa eine Umdrehung pro Sekunde.
Es ist eine wirklich recht handhabbare Geschwindigkeit.
Man kann das fast machen, indem man die Spiegelaufhängungen von Hand dreht,
aber wir benutzen einen räumlichen Lichtmodulator, um es zu machen.
Aber der Punkt ist, wenn man einem Wirbel erst einmal erlaubt, hier durchzugehen und ins Innere zu gelangen,
sodass man jetzt eine Zirkulation hier herum hat, hat diese Zirkulation fast dieselbe Geschwindigkeit,
in der die Barriere herumrotiert.
Das heißt, die relative Geschwindigkeit zwischen der Barriere und der Flüssigkeit ist fast Null.
Und wenn man zurückgeht und den Fluss beendet, muss man die relative Geschwindigkeit zwischen der Barriere
und der Flüssigkeit groß machen, nahe der Geschwindigkeit einer Zirkulationseinheit.
Daher erwartet man, ein unterschiedliches Ergebnis zu erhalten, wenn man zurück herunterkommt, als wenn man hinaufgeht,
das nennen wir Hysterese.
Hier ist eine Anzahl Übergangskurven für unterschiedliche Barrierehöhen.
Dies ist die niedrigste Barriere und dies sind die höheren Barrieren.
Nun, ich möchte betonen, dies sind keine Tunnelbarrieren in der Art,
wie Brian Josephson sich ursprünglich den Tunneleffekt vorstellte.
Die Höhe dieser Barrieren ist niedriger als die Energie der Atome.
Die Atome gehen einfach klassisch über diese Barriere,
aber als ein Ergebnis der Existenz dieser Barriere ist die Supraflüssigkeitsdichte niedriger und das ist alles,
was benötigt wird, um die Art von Effekte zu sehen, die uns interessiert.
Hier mit der niedrigen Barriere muss man zu einer ausreichend hohen Geschwindigkeit gehen,
und dann sieht man diesen Übergang in den Rotationszustand.
Und wenn die Barriere niedriger ist, findet der Übergang bei einer niedrigeren Geschwindigkeit statt.
Was passiert nun, wenn wir den Weg zurück andersherum gehen?
Wenn wir den anderen Weg zurückgehen, sehen wir, dass man zu einer sehr niedrigen Geschwindigkeit kommen muss,
weil die Flüssigkeit bereits zirkuliert.
Und dann lassen Sie die Barriere bei einer viel niedrigeren Geschwindigkeit rotieren,
und dann schließlich, wenn die relative Geschwindigkeit hoch genug ist, erfolgt der Übergang.
Und wenn die Barriere höher ist, muss man die relative Geschwindigkeit nicht so hoch machen
und der Übergang findet bei einer höheren Geschwindigkeit statt.
Wenn wir jetzt die zwei Kurven vereinigen, sehen Sie die klassische Hystereseschleife,
die man in so vielen Arten von Systemen zu sehen erwartet.
Und hier haben wir sie bei diesem suprafluiden atomaren Gas gesehen.
Das Hystereseverhalten ist der Schlüssel für viele elektronische Geräte und Prozesse,
Dinge wie Speicher und rauschtolerantes Schalten, wie Schmitt-Trigger, den Sie vielleicht vom Elektronikdesign kennen,
und jetzt haben wir dieses Hysteresemerkmal unserem Werkzeugkasten für suprafluide Gase hinzugefügt.
Lassen Sie mich zum Schluss kommen, indem ich Ihnen Bilder der Leute zeige, die Teil des Teams sind,
die diese Dinge vor Kurzem gemacht haben.
Da ist Gretchen, die Teamleiterin.
Wir waren über die Zusammenarbeit mit Chris Lobb sehr glücklich, der ein echter SQUID-Kerl ist,
das heißt elektronische SQUIDs, und Avinash und Steve und Fred und Erin waren Teil des Teams.
Das jüngste Team hat ein paar junge Leute zusätzlich, sie machen gerade jetzt wunderbare Dinge.
Neben all den Dingen, über die ich gesprochen habe, können wir tatsächlich Interferenzstreifen zwischen einem nichtrotierenden
und rotierenden Gas sehen, wenn wir Interferenz benutzen.
Das ist etwas, das man nie mit einer Flüssigkeit oder einem Supraleiter machen kann.
Wir können visuell diese Interferenzstreifen sehen und die Phase um den Ring herum messen.
Gretchen und ihr Team machen Gleichstrom-SQUIDs, das sind Dinge die zwei Kontakte haben.
Sie erzeugen Schallwellen, indem sie den Josephson-Kontakt modulieren,
um Schallwellen, die um diesen Ring herumwandern, zu erzeugen.
Sie untersuchen thermale Effekte, andere Dinge, die ich noch nicht einmal hier aufgeführt habe,
wir beobachten eine stehende Schallwelle, die durch die suprafluide Rotation hier durch den Ring geschleppt wird.
Das ist jetzt das Ende meines Vortrags, aber sicher noch nicht das Ende dieser Forschung.
Wir machen solch unglaublich aufregende Dinge, aber ich möchte Sie daran erinnern, stellen Sie mir Fragen,
weil Sie diese Karte bekommen möchten!
Lassen Sie mich den Grund erzählen.
Klaus von Klitzing wird Ihnen mehr davon erzählen.
Dies ist die letzte Karte, auf der das plancksche Wirkungsquantum irgendeinen Fehler angegeben hat.
Und das nächste Mal, wenn diese Karte erscheint, wird das plancksche Wirkungsquantum eine exakte Zahl sein.
Und auch die Ladung des Elektrons.
Und auch die Boltzmann-Konstante.
Und auch die Avogadrozahl.
Klaus von Klitzing wird Ihnen den Grund erzählen.
Vielen Dank!