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PHYSIK
Photonenbewegung in dichten Gaswolken
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Tübingen 
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11. Juli 2011

Wie sich Photonen in einer dichten Gaswolke bewegen, ist nicht nur in künstlich erzeugten Plasmen von Bedeutung, sondern beispielsweise auch in astrophysikalischen System wie dem Inneren unserer Sonne. Ein neues, von der Universität Tübingen aus koordiniertes Forschungsnetzwerk, soll sich dieser Thematik nun im Detail widmen.

Sonne

Wie sich Photonen in dichten Gaswolken bewegen, kann auch für die Vorgänge im Inneren  unserer Sonne von Bedeutung sein. Dieses UV-Bild aus dem Jahr 1999 stammt von Sonde SOHO.  Bild: ESA/NASA/SOHO

Die Universität Tübingen koordiniert ein neues Forschungsnetzwerk, das von der Europäischen Union im 7. Forschungsrahmenprogramm gefördert wird. Thema des Netzwerks unter dem Titel COSCALI (Collective Scattering of Light) ist die Frage, wie Photonen, also Lichtteilchen, gestreut werden, wenn sie sich in einer dichten Gaswolke befinden. Dies geschieht zum Beispiel in natürlichen Systemen wie in den inneren Schichten der Sonne, aber auch in künstlichen Systemen, wie in Plasmen.

"Die Bewegung der Photonen in dem Gas kann man sich in etwa wie die Flugbahn eines kleinen Tischtennisballs vorstellen, der auf der Tanzfläche einer Diskothek von den tanzenden Menschen unkontrolliert hin- und hergeworfen wird", vergleicht der Sprecher des Netzwerkes, Dr. Sebastian Slama vom Fachbereich Physik der Universität Tübingen. Die Bewegung des Tischtennisballs hängt dann von verschiedenen Parametern ab: beispielsweise wie eng es auf der Tanzfläche ist, ob sich die Personen geordnet oder zufällig aufstellen und wie wild sie sich bewegen.

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Dies gilt im Prinzip auch für die Streuung der Photonen durch Gas-Atome, allerdings gibt es einen entscheidenden Unterschied. Es handelt sich hierbei um Quantenteilchen, und dies kann zu äußerst spannenden Effekten führen: So können sich die Atome beispielsweise spontan in geordneten Strukturen anordnen, oder Photonen können an kleinen Unregelmäßigkeiten in der Wolke gefangen, also lokalisiert werden. Die Forscher untersuchen solche Effekte, indem sie ultrakalte atomare Gase, deren Temperatur nur etwa ein Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt, mit Lasern beschießen. Diese kalten Atomwolken sind hierbei ein ideales Modellsystem, da die Wissenschaftler sowohl deren Dichte, als auch die Anordnung der Atome im Gas kontrollieren können.

In dem nun unter der Federführung von Tübinger Forschern initiierten Netzwerk arbeiten die führenden Gruppen auf dem Gebiet der kollektiven Lichtstreuung an kalten atomaren Gasen aus Europa und Brasilien zusammen. Sowohl experimentelle, als auch theoretische Gruppen sind im Netzwerk vertreten. Für solche Verbünde mit außereuropäischen Partnern stellt die Europäische Union Mittel durch ein eigenes Programm bereit, mit dem Forschungsaufenthalte finanziert werden. "Dadurch werden unsere Kompetenzen mit denen unserer Partner in Frankreich, Italien und Brasilien in optimaler Weise gebündelt", so Slama.

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Links im WWW
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