1
00:00:06,596 --> 00:00:10,397
Die kältesten Materialien der Welt
befinden sich weder in der Antarktis,

2
00:00:10,397 --> 00:00:12,521
noch auf dem Gipfel des Mount Everest,

3
00:00:12,521 --> 00:00:14,376
noch in einem Gletscher begraben,

4
00:00:14,376 --> 00:00:15,897
sondern in Physiklaboren:

5
00:00:15,897 --> 00:00:20,382
Gaswolken, die zu Bruchteilen aus einem
Grad über der absoluten Null bestehen.

6
00:00:20,382 --> 00:00:25,367
Das ist 395-Millionen-mal kälter
als die Kühlschranktemperatur,

7
00:00:25,367 --> 00:00:28,073
100-Millionen-mal kälter
als flüssiger Stickstoff

8
00:00:28,073 --> 00:00:31,240
und 4-Millionen-mal kälter
als die Temperatur im Weltall.

9
00:00:31,240 --> 00:00:33,751
So niedrige Temperaturen
geben den Wissenschaftlern

10
00:00:33,751 --> 00:00:35,901
Einblicke in die Funktionweise von Materie

11
00:00:35,901 --> 00:00:39,437
und ermöglichen Ingenieuren,
äußerst empfindliche Geräte zu bauen,

12
00:00:39,437 --> 00:00:41,292
die uns alles erklären,

13
00:00:41,292 --> 00:00:43,370
von unserem genauen
Standpunkt auf der Erde

14
00:00:43,370 --> 00:00:46,135
bis hin zu den entferntesten Winkeln
des Universums.

15
00:00:46,135 --> 00:00:48,928
Wie erschafft man
solch extreme Temperaturen?

16
00:00:48,928 --> 00:00:52,029
Kurz gesagt, durch die Abbremsung
der sich bewegenden Partikel.

17
00:00:52,029 --> 00:00:55,951
Sprechen wir über Temperatur,
sprechen wir eigentlich über Bewegung.

18
00:00:55,951 --> 00:00:59,356
Die Atome, aus denen Feststoffe,
Flüssigkeiten und Gase bestehen,

19
00:00:59,368 --> 00:01:00,869
bewegen sich ständig.

20
00:01:00,869 --> 00:01:05,616
Bewegen sich Atome schneller,
nehmen wir die Materie als heiß wahr.

21
00:01:05,616 --> 00:01:09,147
Bewegen sie sich nicht so schnell,
nehmen wir sie als kalt wahr.

22
00:01:09,147 --> 00:01:12,563
Zur täglichen Kühlung von heißen
Gegenständen oder Gas

23
00:01:12,563 --> 00:01:15,960
legen wir sie in eine kältere Umgebung,
wie einen Kühlschrank.

24
00:01:15,960 --> 00:01:20,498
Die atomare Bewegung im heißen Gegenstand
wird an die Umgebung abgegeben

25
00:01:20,498 --> 00:01:22,251
und er kühlt sich ab.

26
00:01:22,251 --> 00:01:23,788
Aber es gibt eine Grenze:

27
00:01:23,788 --> 00:01:27,865
Selbst im Weltall ist es zu warm, um
äußerst niedrige Temperaturen zu schaffen.

28
00:01:27,865 --> 00:01:32,823
Wissenschaftler fanden eine Methode,
die Atome abzubremsen --

29
00:01:32,823 --> 00:01:34,204
mit einem Laserstrahl.

30
00:01:34,211 --> 00:01:38,354
Eigentlich heizt die Energie
in einem Laserstrahl Materialien auf.

31
00:01:38,354 --> 00:01:40,533
Wird er aber auf sehr
präzise Weise verwendet,

32
00:01:40,533 --> 00:01:44,093
kann die Strahlkraft die sich bewegenden
Atome fast zum Stillstand bringen,

33
00:01:44,093 --> 00:01:45,103
sie abkühlen.

34
00:01:45,103 --> 00:01:49,403
Dies alles passiert in einer
sogenannten magneto-optischen Falle.

35
00:01:49,403 --> 00:01:51,954
Atome werden in eine
Vakuumkammer eingespeist

36
00:01:51,954 --> 00:01:55,415
und ein magnetisches Feld
zieht sie in die Mitte.

37
00:01:55,415 --> 00:01:58,090
Ein Laserstrahl, der auf
die Mitte der Kammer zielt,

38
00:01:58,090 --> 00:02:00,623
wird auf die genau richtige
Frequenz eingestellt,

39
00:02:00,623 --> 00:02:03,480
so dass sich ein
auf ihn zu bewegendes Atom

40
00:02:03,480 --> 00:02:06,170
ein Photon des Laserstrahl
absorbiert und abgebremst.

41
00:02:06,170 --> 00:02:09,089
Der Abbremsungseffekt
geht von der Übertragungskraft

42
00:02:09,089 --> 00:02:11,108
zwischen dem Atom und dem Photon aus.

43
00:02:11,108 --> 00:02:14,208
Insgesamt sechs Strahlen
in vertikaler Ausrichtung stellen sicher,

44
00:02:14,208 --> 00:02:18,375
dass die sich in alle Richtungen
bewegenden Atome abgefangen werden.

45
00:02:18,375 --> 00:02:21,018
In der Mitte, wo sich
die Strahlen überschneiden,

46
00:02:21,018 --> 00:02:22,420
bewegen sich die Atome träge,

47
00:02:22,420 --> 00:02:25,170
als ob sie in einer dickflüssigen
Masse gefangen wären --

48
00:02:25,170 --> 00:02:29,924
ein Effekt, den die Wissenschaftler
"optische Melasse" nennen.

49
00:02:29,924 --> 00:02:32,315
Solch eine magneto-optische Falle

50
00:02:32,315 --> 00:02:35,405
kann die Atome auf ein paar Mikrokelvin --

51
00:02:35,405 --> 00:02:38,785
auf ca. -273 °C -- abkühlen.

52
00:02:38,785 --> 00:02:41,609
Diese Technik wurde
in den 1980ern entwickelt,

53
00:02:41,609 --> 00:02:44,043
und die Wissenschaftler,
die daran beteiligt waren,

54
00:02:44,043 --> 00:02:47,931
gewannen 1997 den Nobelpreis
für Physik für diese Entdeckung.

55
00:02:47,931 --> 00:02:50,531
Seitdem wurde die Laserkühlung verbessert,

56
00:02:50,531 --> 00:02:52,751
um noch niedrigere
Temperaturen zu erreichen.

57
00:02:52,751 --> 00:02:55,990
Doch warum will man
Atome so sehr abkühlen?

58
00:02:55,990 --> 00:02:59,786
Zunächst einmal sind kalte Atome
sehr gute Detektoren.

59
00:02:59,786 --> 00:03:01,530
Mit so wenig Energie

60
00:03:01,530 --> 00:03:04,961
reagieren sie sehr empfindlich
auf Schwankungen in der Umgebung.

61
00:03:04,961 --> 00:03:09,562
Sie werden in Geräten verwendet,
die Erdöl und Mineralvorkommen finden,

62
00:03:09,562 --> 00:03:12,203
sowie in hochgenauen Atomuhren,

63
00:03:12,203 --> 00:03:15,093
wie zum Beispiel die in GPS-Satelliten.

64
00:03:15,093 --> 00:03:18,152
Zweitens haben kalte Atome
enormes Potenzial,

65
00:03:18,152 --> 00:03:20,243
die Grenzen der Physik zu erproben.

66
00:03:20,243 --> 00:03:23,052
Durch ihre extreme Empfindlichkeit
können sie zur Erfassung

67
00:03:23,052 --> 00:03:26,300
von Gravitationswellen in künftigen
satellitengestützten Detektoren

68
00:03:26,300 --> 00:03:27,300
verwendet werden.

69
00:03:27,300 --> 00:03:29,484
Sie sind ebenso für die Untersuchung

70
00:03:29,484 --> 00:03:31,624
atomarer und subatomarer
Phänomene nützlich,

71
00:03:31,624 --> 00:03:35,894
bei der äußerst winzige Schwankungen
in der Atomenergie gemessen werden müssen.

72
00:03:35,894 --> 00:03:38,196
Diese werden bei normalen
Temperaturen übertönt,

73
00:03:38,196 --> 00:03:39,670
wenn Atome eine Geschwindigkeit

74
00:03:39,670 --> 00:03:41,890
von Hunderten von Metern
pro Sekunde aufweisen.

75
00:03:41,890 --> 00:03:45,435
Laserkühlung kann Atome auf ein paar
Zentimeter pro Sekunde verlangsamen --

76
00:03:45,435 --> 00:03:49,122
genug, um die Bewegung von atomaren
Quanteneffekten sichtbar zu machen.

77
00:03:49,122 --> 00:03:53,599
Durch ultrakalte Atome konnten
die Wissenschaftler bereits Phänomene

78
00:03:53,599 --> 00:03:56,150
wie das Bose-Einstein-
Kondensat erforschen,

79
00:03:56,150 --> 00:03:59,631
in dem Atome fast auf den
absoluten Nullpunkt abgekühlt werden

80
00:03:59,631 --> 00:04:02,200
und einen seltenen neuen
Aggregatzustand aufweisen.

81
00:04:02,200 --> 00:04:05,881
Wissenschaftler streben weiterhin danach,
die Gesetze der Physik zu verstehen

82
00:04:05,881 --> 00:04:08,185
und die Geheimnisse
des Universums zu enthüllen,

83
00:04:08,185 --> 00:04:12,161
und tun dies mit Hilfe
der kältesten Atome darin.