Als "Todesstrahlen" wurden die allerersten Laser vor rund vierzig Jahren noch von findigen Managern gepriesen und daraufhin vom amerikanischen Pentagon kräftig gefördert. Niemand konnte sich damals vorstellen, daß die im Gleichtakt schwingenden Lichtwellen später einmal millionenfach in CD-Spielern oder in Scannern an Supermarktkassen eingesetzt würden.

Vor ähnlichen Schwierigkeiten stehen heute die Quantenoptiker, die an Atomlasern forschen: Noch weiß niemand so recht zu sagen, wofür Laserstrahlen aus Materiewellen in Zukunft eingesetzt werden. Als vergangene Woche Münchner Physiker den "ersten kontinuierlichen Atomlaser" vorstellten, lieferten sie zwar die Ideen für mögliche Anwendungen gleich mit, von der Herstellung winzigster Computerchips über die Satellitennavigation bis zu einer hochpräzisen Zeitmessung. Doch das meiste davon ist Zukunftsmusik.

So begeistern sich derzeit vor allem Grundlagenforscher für die Meldung aus dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Auf der Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in der vergangenen Woche avancierte der Atomlaser ebenso zur Attraktion wie diese Woche auf der 100. Jubiläumstagung der amerikanischen Physiker in Atlanta. Die Münchner Forscher um Theodor Hänsch sind allerdings nicht die ersten, die Atome zu einem Laserstrahl bändigen. Erstmals gelang dies vor über zwei Jahren Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) unter Leitung von Wolfgang Ketterle. Ihr Atomlaser arbeitete noch "gepulst", das heißt, er sandte winzige Intervalle von atomaren Paketen aus.

Schon dafür freilich ist gewaltiger Aufwand nötig. Denn gasförmige Atome bewegen sich gewöhnlich unkontrolliert in alle Richtungen. Das Prinzip des Laserstrahls dagegen besteht just darin, daß sich dessen Bestandteile (seien es nun Lichtteilchen oder ganze Atome) höchst synchronisiert im Gleichtakt bewegen. Um Atome zu solch kollektivem Tun zu veranlassen, werden sie zunächst in einen Magnetkäfig gesperrt und bis nahe an den absoluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad Celsius abgekühlt. Dabei gerät eine atomare Wolke schlagartig in einen anderen Materiezustand. Es kommt, wie Wolfgang Ketterle einmal beschrieb, zu einer Art "Identitätskrise" der Atome: Sie verlieren ihre Unterscheidbarkeit und gehen - ähnlich wie Wasser zu Eis gefriert - von einem diffusen Atomgewimmel in ein Kollektiv über, in dem sich alle völlig identisch bewegen. Es entsteht ein softeisartiger Atomzustand, das "Bose-Einstein-Kondensat".

Entscheidend ist dabei die quantenmechanische Doppelnatur aller Objekte der Mikrowelt: Sie sind gleichzeitig sowohl Teilchen als auch Welle. Im Bose-Einstein-Kondensat verschmelzen die Materiewellen der Atome zu einer kohärenten Gesamtwelle. Die Kunst besteht nun darin, diesem Atomkollektiv geordnete Materiewellen zu entnehmen und gleichzeitig dafür zu sorgen, daß das ganze Gebilde dabei nicht in sich zusammenfällt. Die Münchner Quantenoptiker halten dazu tiefgekühlte Rubidiumatome in einem besonders stabilen Magnetkäfig fest und "bohren" diesen mit Radiowellen an. Getrieben von der Schwerkraft tröpfelt daraufhin aus der Magnetfalle ein hauchdünner Strahl, der fast eine halbe Million Rubidiumatome enthält und durch das Schwerefeld der Erde beschleunigt wird.

Schon nach einer zehntel Sekunde ist das Schauspiel jedoch beendet: Dann muß der Atomkäfig wieder nachgefüllt werden. Von einem "kontinuierlichen Laser" zu sprechen erscheint da noch etwas kühn. Doch Hänsch träumt schon von einer Dauerwelle über eine volle Minute. Ein solcher Atomlaserstrahl ließe sich dann mit Linsen und Spiegeln aus reinem Licht umlenken und fokussieren. Rein theoretisch sollte sich damit ein haarfeiner Strahl vom Durchmesser eines millionstel Millimeters bündeln lassen - der Atomlaser wäre damit noch tausendmal feiner als ein optischer Laserstrahl.

Der hierfür notwendige technische Aufwand wird aber möglicherweise noch so manchen Höhenflug dämpfen. Denn die Erzeugung eines atomaren Laserstrahls gelingt schließlich nur in einem Ultra-Hochvakuum, und noch füllen die Apparaturen nahezu ein ganzes Labor. Zur Massenware wird der Atomlaser daher wohl nie taugen.