IN EEN BOSE-EINSTEIN CONDENSAAT VERLOOPT ROTATIE TOTAAL ANDERS

Een groep natuurkundigen van de universiteit van Colorado is er als eerste in geslaagd om een Bose-Einstein Condensaat (BEC) van rubidiumatomen aan het draaien te brengen (Physical Review Letters, 27 september 1999). Niet geheel toevallig publiceert Nature deze week (7 oktober 1999) het artikel waarin twee andere natuurkundigen van dezelfde universiteit het principe van de methode uiteen zetten.

In een BEC zijn de atomen zo sterk afgekoeld en zitten ze zo dicht op elkaar dat ze zich als één groot superatoom gedragen. Dat heeft tot gevolg dat allerlei subtiele quantummechanische effecten sterk worden uitvergroot en op een macroscopische schaal zichtbaar worden. Een bekend voorbeeld hiervan is de superfluïditeit van vloeibaar helium. Beneden een temperatuur van 2.17 graden boven het absolute nulpunt stroomt helium zonder wrijving door de nauwste buisjes en zelfs spontaan over de rand van de container waar het in zit.

Nadat in 1995 de groep onder leiding van Carl Wieman en Eric Cornell er als eerste in was geslaagd een BEC te creëren, hebben zich over de hele wereld tientallen groepen natuurkundigen gestort op het onderzoek aan deze intrigerende quantumgassen. Tot nu toe bleek het echter onmogelijk om ook de exotische stromingsverschijnselen van een BEC te laten zien. Dat komt omdat alle atomen tegelijkertijd en op dezelfde manier aan het draaien moeten worden gebracht. Bovendien moet de draaisnelheid ook nog voldoen aan precieze voorwaarden.

Om dat allemaal voor elkaar te krijgen brachten de onderzoekers een deel van de ongeveer één miljoen atomen in het condensaat in een andere quantummechanische toestand. Zo waren er op een zeker moment twee verschillende, innig vermengde BEC's. Met behulp van microgolven van de juiste frequentie werden de atomen van het ene naar het andere BEC overgebracht. Terwijl dat gebeurt draait er een laserbundel aan de buitenkant om het kluitje atomen, waardoor de energieniveaus van die atomen die de laser voelen worden beïnvloed. Dit alles leidt ertoe dat het ene BEC gaat draaien om het andere. Via een truc kon deze draaiing in beeld worden gebracht en het quantumkarakter ervan worden aangetoond.

Rotatie van een BEC blijkt inderdaad totaal anders dan van een gewone vloeistof. Waar het water in een emmer die om zijn as gedraaid wordt in het midden stilstaat, en naar buiten toe steeds sneller roteert, is dat bij een BEC bijvoorbeeld andersom.