Quantenteilchen bilden Tropfen
Die Studie
„Quantum-Fluctuation-Driven Crossover from a Dilute Bose-Einstein Condensate to a Macrodroplet in a Dipolar Quantum Fluid“, Physical Review X, 22.11.2016
Albert Einstein und Nath Bose hatten es 1924 vorhergesagt, experimentell realisiert wurde es erstmals 1995: Werden Bosonen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) gekühlt, nehmen sie den Zustand mit der geringstmöglichen Energie ein, sie bilden ein "Bose-Einstein-Kondensat“ (BEC). Die Teilchen haben dabei ihre Individualität völlig verloren und verhalten sich in Summe wie ein einzelnes Quantenobjekt.
Teilchensystem ruhig gestellt
Das Forscherteam um Francesca Ferlaino und Lauriane Chomaz vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Innsbruck erzeugte für ihr Experiment ein BEC aus Erbium-Atomen. Diese magnetischen Teilchen können über ein äußeres Magnetfeld kontrolliert werden. Dadurch kann man die gewöhnliche Wechselwirkung zwischen den Atomen so unterdrücken, dass nur noch ihre Quanteneigenschaften zum Tragen kommen.
llustration: IQOQI/Harald Ritsch
Illustration zum Quantentropfen
Sobald das Teilchensystem derart ruhig gestellt wurde, bildete sich aus dem Quantengas ein einzelner großer Tropfen aus rund 20.000 Atomen, erklärt Ferlaino gegenüber der APA. Dieser wurde ohne äußere Unterstützung alleine durch Quanteneffekte zusammengehalten, so wie die Oberflächenspannung einen Flüssigkeitstropfen zusammenhält. Bei geänderten Parametern können auch mehrere solcher Quantentropfen entstehen.
Tropfen aus Gas
„Bei den Tropfen handelt es sich nach wie vor um ein Gas, das aber Eigenschaften einer Flüssigkeit angenommen hat“, sagt die Physikerin. In Kooperation mit Theoretikern der Uni Hannover konnten die Wissenschaftler damit erstmals den Übergang von einem BEC, das sich wie ein superfluides Gas verhält, zu einem superfluiden Zustand, wie man ihn bisher nur von flüssigem Helium kannte, beobachten und untersuchen.
Von der weiteren Erforschung dieses Zustands erhoffen sich Forscher ein besseres Verständnis von Suprafluidität, bei der ein Gas oder eine Flüssigkeit ohne jegliche innere Reibung strömt. Denn in ultrakalten Quantengasen lässt sich das Phänomen in sehr reiner Form und unter gut kontrollierbaren Bedingungen studieren.
science.ORF.at/APA