Wenn Steven Chu einen Vortrag vor Laien hält, bringt er häufig ein Glas Honig mit. Er wirft eine Münze in das Glas und erklärt dem verblüfften Auditorium, daß sich einzelne Atome unter dem Einfluß von Laserlicht mitunter ganz ähnlich verhalten wie die Münze im Honig: Sie bleiben stecken. Für die experimentelle Umsetzung dieser Erkenntnis haben der US-Amerikaner Steven Chu, sein Landsmann William Phillips und der Franzose Claude Cohen-Tannoudji den diesjährigen Nobelpreis für Physik erhalten. Sie entwickelten Verfahren, Atome mit Hilfe von Laserlicht abzukühlen und zu speichern.

Als Chu, der heute einen Lehrstuhl für Physik an der kalifornischen Stanford-Universität innehat, vor zwölf Jahren die erste "Falle" für Atome demonstrierte, machte er einen alten Traum der Physiker wahr. Zum ersten Mal war es möglich, eine frei schwebende Wolke von etwa einer Million Atomen in Ruhe zu untersuchen. Denn während Atome bei Zimmertemperatur mit einigen tausend Kilometern pro Stunde durch den Raum fliegen, lassen sie sich in einer Vakuumapparatur mit Lasern auf das Schneckentempo von wenigen Zentimetern pro Sekunde abkühlen und für Minuten oder gar Stunden beobachten.

Selbst mit dem bloßen Auge erkennt man das leuchtende Gas von der Größe einer Erbse. Die Temperatur der Atome liegt dabei nur ein tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt, bei dem jegliche Bewegung erstarrt.

Das Faszinierende an den kalten Gasen ist einerseits ihr Modellcharakter.

Viele Grundfragen der Physik sind damit experimentell zugänglich, etwa das quantenphysikalische Zusammenspiel extrem langsamer Partikel oder die Wechselwirkung kalter Materie mit Licht. Auf der anderen Seite hat sich für die Atomfallen in den vergangenen Jahren ein breites Spektrum von Anwendungen ergeben. Sie reichen von ultragenauen Atomuhren bis zur präzisen Vermessung der Erdrotation und der Gravitation, und die Phantasie der Forscher geht naturgemäß noch viel weiter. Die europäische Raumfahrtbehörde möchte schon bald die erste Falle für Atome in den Weltraum schicken. Und an einigen Universitäten ist eine Billigversion bereits als Attraktion für die Anfängervorlesung eingeplant.

Die ursprüngliche Idee, Atome mit Laserlicht abzubremsen, geht auf Theodor Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching zurück. Er und sein Kollege Schawlow schlugen vor, Atome mit Lichtquanten regelrecht zu bombardieren. Ein gebündelter Laserstrahl ist das optimale Werkzeug. Fliegt ein Atom dem Laserstrahl entgegen, so erfährt es bei jeder Absorption eines Lichtquants einen Stoß. Die Kräfte, die dabei auftreten können, sind immens.

Sie entsprechen dem Hunderttausendfachen der Erdanziehung. Einige Jahre nachdem Hänsch und Schawlow ihren Vorschlag veröffentlicht hatten, schuf Steven Chus Team den ersten "optischen Sirup" für Atome des Elements Natrium, indem es sechs Laserstrahlen aus verschiedenen Raumrichtungen an einem Punkt kreuzte. Ist die Frequenz richtig gewählt, absorbiert das Atom die Lichtquanten, auf die es sich zubewegt, mit größerer Wahrscheinlichkeit als jene, von denen es sich entfernt.