William D. Phillips hat die Art und Weise verändert, wie wir Kälte messen. Der amerikanische Physiker, 1948 in Wilkes-Barre, Pennsylvania, geboren, beschäftigte sich nicht nur mit Atomen. Er hat sie eingefroren. Seine Arbeit mit Laserlicht zum Kühlen und Einfangen von Atomen brachte ihm 1997 den Nobelpreis für Physik ein. Er teilte sich die Ehre mit Steven Chu und Claude Cohen-Tannoudji, die ebenfalls Methoden zur Laserkühlung und zum Einfangen von Atomen entwickelten.
Phillips erhielt 1976 seinen Doktortitel in Physik. Er forschte als Postdoktorand am MIT. 1978 trat er dann dem National Bureau of Standards in Gaithersburg, Maryland, bei. Dieser Ort ist heute das National Institute of Standards and Technology. Dort führte er die preisgekrönte Forschung durch.
Er baute auf Chus früherer Arbeit auf. Phillips entwickelte neue Methoden zur Messung der Temperatur lasergekühlter Atome. 1988 geschah etwas Überraschendes. Er entdeckte, dass die Atome eine Temperatur erreichten, die sechsmal niedriger war als die vorhergesagte theoretische Grenze. Dies verstieß gegen die Regeln, wie sie damals bekannt waren.
Claude Cohen-Tannoudji verfeinerte die Theorie, um diese neuen Ergebnisse zu erklären. Anschließend untersuchten er und Phillips Methoden zum Einfangen von Atomen, die auf noch niedrigere Temperaturen abgekühlt waren. Ihre Arbeit an Techniken zur Laserkühlung bewirkte mehr als nur Abkühlung. Es öffnete eine Tür zu einem neuen Zustand der Materie.
Das Bose-Einstein-Kondensat
Diese Tür führte 1995 zur ersten Beobachtung des Bose-Einstein-Kondensats. Wissenschaftler hatten diesen Zustand 70 Jahre zuvor vorhergesagt, als Albert Einstein und Satyendra Nath Bose darüber theoretisierten.
„In diesem Zustand sind Atome so gekühlt und so langsam, dass sie tatsächlich verschmelzen und sich wie ein einziges Quantengebilde verhalten.“
Denken Sie darüber nach. Atome springen normalerweise herum. Sie sind unterschiedlich. Person. In einem Kondensat sind sie so kalt, dass sie verschmelzen. Sie verhalten sich wie eine einzige Quanteneinheit. Es ist viel größer als jedes einzelne Atom.
Das war nicht nur ein Labortrick. Es bewies, dass die Quantenmechanik, die normalerweise den Kleinen und Schnellen vorbehalten ist, in einem langsamen, kalten, fast makroskopischen Zustand beobachtet werden kann. Die von Phillips und seinen Kollegen verfeinerten Techniken ermöglichten es, Atome auf ein Kriechtempo zu verlangsamen.
Warum ist das heute wichtig? Denn die Temperaturkontrolle auf atomarer Ebene ermöglicht eine unglaubliche Präzision. Es führt zu besseren Atomuhren. Es ermöglicht genauere Sensoren. Es hilft uns, die grundlegenden Bausteine der Realität zu verstehen.
Phillips‘ Reise von einer Kleinstadt in Pennsylvania an die Spitze der Physikwelt begann mit einer einfachen Frage: Wie kalt kann man werden? Und die Antwort war, wie sich herausstellte, kälter, als irgendjemand für möglich gehalten hätte. Der Laser hat nicht nur die Atome gestoppt. Es veränderte, was wir dachten, Atome könnten tun.
