Wissenschaftler erfinden mächtige Klasse von neuen Thermometern

Ein neues Quantenthermometer nutzt "riesige" Atome für hochpräzise Temperaturmessungen ohne Kalibrierung. Das Gerät basiert auf den Eigenschaften von sogenannten Rydberg-Atomen - tausendmal größer als normale Atome. Temperaturmessung wird sich dadurch verändern.

Rydberg-Atome revolutionieren Thermometer

Wissenschaftler am National Institute of Standards and Technology (NIST) in Maryland, USA, haben diesen neuartigen Thermometer entwickelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Thermometern benötigt er keine vorherige Kalibrierung, da er auf grundlegenden quantenphysikalischen Prinzipien beruht. Dies macht ihn besonders präzise und vielseitig einsetzbar.

Das Herzstück des Thermometers bilden Rubidium-Atome, die in einer Vakuumkammer auf fast den absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) gekühlt werden. Mithilfe von Lasern werden die äußersten Elektronen dieser Atome in sehr hohe Energiezustände versetzt, wodurch die Atome auf das Tausendfache ihrer normalen Größe anwachsen. Diese "aufgeblähten" Atome im "Rydberg-Zustand" reagieren äußerst empfindlich auf Wärmestrahlung in ihrer Umgebung.

Diese Methode öffnet die Tür zu einer Welt, in der Temperaturmessungen so zuverlässig sind wie die fundamentalen Konstanten der Natur.

Die Wärmestrahlung verursacht weitere Energiesprünge der Elektronen in den Rydberg-Atomen. Je wärmer die Umgebung, desto häufiger finden diese Sprünge statt. Durch genaues Zählen dieser Sprünge können die Forscher die Temperatur bestimmen - und zwar im Bereich von 0 bis 100 Grad Celsius, ohne das zu messende Objekt zu berühren. Rote Wolke aus etwa einer Million Rubidium-Atomen (N. Schlossberger/NIST)

Das Ende klassischer Thermometer?

NIST-Forscher Noah Schlossberger erklärt laut Phys: "Wir erschaffen im Grunde einen Thermometer, der genaue Temperaturmessungen ohne die üblichen Kalibrierungen liefern kann, die aktuelle Thermometer benötigen." Dies ist möglich, weil das Verfahren auf fundamentalen Gesetzen der Quantenphysik beruht, die überall gleich gelten.

Die Technologie könnte besonders auch für Atomuhren wichtig werden, deren extreme Genauigkeit durch kleinste Temperaturänderungen beeinträchtigt werden kann. Ferner sind Anwendungen in der Raumfahrt oder in hochmodernen Produktionsanlagen denkbar, wo präzise Temperaturmessungen entscheidend sind.


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