Was ist Rydberg-Physik?
Atome sind winzig. Entlang eines Bakteriums könnte man Zehntausende davon aneinanderreihen. Doch ein Atom lässt sich „aufblähen“, bis fast zur Größe eines Mikroorganismus.Wie das geht?
Grob gesagt, besteht ein Atom aus Elektronen, die um einen Atomkern kreisen. Mit Laserlicht exakt abgemessener Energie lässt sich ein Elektron auf eine Bahn mit einem vergleichsweise gigantischen Durchmesser hieven. Es kreist dann im Abstand von einigen Mikrometern um den Kern. Man nennt solche Kolosse der Atomphysik „Rydberg-Atome“, benannt nach dem schwedischen Physiker Johannes Rydberg.
Nicht nur die Größe unterscheidet Rydberg-Atome von anderen Atomen. Der weit entfernte Atomkern hält das Elektron nur schwach fest. Es reagiert daher extrem empfindlich auf äußere Reize wie elektrische oder magnetische Felder. Dennoch sind Rydberg-Atome relativ lange Zeit stabil. Mit seiner elektrischen Ladung wirkt das äußerste Elektron eines Rydberg-Atoms auch auf seine Umwelt. Es greift so nach einem zweiten Atom und fängt es ein. Dabei entsteht ein „Rydberg-Molekül“, das von einer gänzlich anderen Art von Wechselwirkung zusammengehalten wird als ein herkömmliches Molekül. Die Rydberg-Physik kennt noch viele weitere exotische Zustände von Materie, etwa das so genannte Rydberg-Polaron, bei dem rund hundert Atome wie in einem Käfig in einem Rydberg-Atom stecken.
All das macht Rydberg-Atome für Physiker zu höchst interessanten Forschungsobjekten. Aber auch bahnbrechende Anwendungen winken am Horizont.
Text: Christian Meier