Bose-Einstein-Kondensat tunnelt à la Josephson

Die Erforschung des vierten Aggregatzustandes der Materie - nach fest, flüssig und gasförmig - macht rasante Fortschritte. Erst 1995 war es einer Wissenschaftlergruppe in Boulder (Colorado) gelungen, etwa 2000 Rubidium-Atome auf weniger als 100 Nanokelvin (milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt bei -273,15 Grad Celsius) abzukühlen und so für etwa zehn Sekunden ein Bose-Einstein-Kondensat in der Gasphase zu realisieren. Kurz darauf erzeugte eine Gruppe am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge bereits Kondensate aus mehr als zehn Millionen Natriumatomen.

Die quantenmechanischen Wellenfunktionen der Teilchen verschmelzen dabei zu einer einzigen makroskopischen Funktion: Die einzelnen Atome sind nicht mehr unterscheidbar, und ihre physikalischen Eigenschaften wie Ort und Geschwindigkeit werden gleich. Schon 1925 hatten die Physiker Satyendra Bose und Albert Einstein dieses Phänomen postuliert (siehe "Die Bose-Einstein-Kondensation", Spektrum der Wissenschaft, Mai 1998, S. 44). Seine Realisierung nach 70 Jahren war nicht nur eine glänzende Bestätigung dieser Vorhersage; sie machte auch das Wirken der Quantenmechanik, das zumeist in exotische Alltagsferne entrückt ist, im makroskopischen Bereich wahrnehmbar und auf überzeugende Art anschaulich.

Nun kennt man makroskopische Quantenphänomene, die in den Alltag hineinreichen, auch aus anderen Zusammenhängen. Das wichtigste Beispiel ist die Supraleitung: der widerstandslose Stromfluß bei tiefen Temperaturen infolge der korrelierten Bewegung von Elektronen im Festkörper - insbesondere durch Bildung von Elektronenpaaren. Brian Josephson sagte 1962 voraus, daß solche Paare unter bestimmten Bedingungen durch eine dünne isolierende Schicht von einem Supraleiter in einen anderen "tunneln" können. Der wenig später experimentell bestätigte Effekt ist ein Beispiel für das in der Quantenmechanik mögliche Durchdringen einer Potentialbarriere.

Ähnlich den korrelierten Elektronen im Supraleiter be