C. Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses

kontrolliert und geformt werden kann. Dass Atome auch Welleneigenschaften be-
sitzen, widerspricht unserer Alltagsvorstellung und ist erst seit Entwicklung der
Quantenmechanik akzeptiert. In der Bragg-Beugung wird nun auf diese Eigen-
schaft zurückgegriffen. Dabei ist, im Gegensatz zur Kristallographie, die Periodi-
zität der stehenden Lichtwelle genau bekannt und kann daher verwendet werden,
um die Materiewelle kohärent zu manipulieren und insbesondere Strahlteiler zu
realisieren.
Strahlteiler sind aus der Optik bekannt und wandeln eine einfallende in zwei aus-
fallende Lichtwellen um, die in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen.
Übersetzt für Materiewellen bedeutet dies, dass aus einem einfallenden Atom eine
quantenmechanische Überlagerung aus zwei unterschiedlichen Impulsen erzeugt
wird. Das Atom besitzt also nach diesem Prozess gleichzeitig zwei unterschiedliche
Geschwindigkeiten. Dies hat aber direkt zur Folge, dass sich ein Atom auf einer
Überlagerung aus zwei unterschiedlichen Bahnen bewegt, also gleichzeitig beide
Trajektorien beschreibt.
Solche Strahlteiler sind ein integraler Bestandteil eines Baukastensystems „op-
tischer Elemente“ für Atomwellen und ermöglichen es, in Analogie zur Optik
Präzisionsinstrumente, wie zum Beispiel Interferometer, zu bauen, in denen Wel-
leneigenschaften zur Messung von verschieden Größen ausgenutzt werden. Ein
Interferometer besteht üblicherweise aus einem Strahlteiler, der zwei unterschied-
liche Strahlengänge erzeugt, einem Spiegel, der diese Strahlen wieder zusammen
führt, und einem letzten Strahlteiler, der die beiden Strahlen mischt und mitein-
ander vergleicht. Mit diesem Vergleich der Wellen aus beiden Bahnen kann man
über Interferenzerscheinungen Wegunterschiede mit der Genauigkeit der halben
Wellenlänge feststellen. Atome haben in der Regel andere Wellenlängen als Licht
und bieten daher neue Möglichkeiten.
Die Tatsache, dass Atome eine Masse besitzen, macht eine Anwendung im Rah-
men der Erforschung und Vermessung der Gravitation naheliegend. So wurde
das Interesse von Raumfahrtagenturen wie dem Deutschen Zentrum für Luft-
und Raumfahrt, das das QUANTUS-Projekt ins Leben gerufen hat, geweckt.
In diesem Projekt sollen Wege erforscht werden, die Grundprinzipien der All-
gemeinen Relativitätstheorie mit Hilfe von ultrakalten Quantengasen unter
Schwerelosigkeit zu überprüfen. Dies stellt nicht nur eine technologische Her-
ausforderung dar, sondern führt zusätzlich an die Grenzen unseres Verständnis-
ses der Physik.
Die symmetrische Bragg-Streuung von Atomen ist besonders für den Einsatz in
der Mikrogravitation geeignet. Es handelt sich hierbei um eine besondere Art eines
Strahlteilers, der aufgrund der genauen Kontrolle über stehende Lichtfelder Ato-
me aus der Ruhe in zwei Strahlen beugt, die sich in entgegengesetzte Richtungen

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