Ein kleiner Schubs schafft Ordnung
Ausgehend von einem Bose-Einstein-Kondensat aus Cäsiumatomen bilden die Wissenschaftler am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck in einem optischen Gitter aus Laserlicht eindimensionale Strukturen. In diesen sogenannten Quantendrähten sind die einzelnen Atome nebeneinander aufgereiht und werden vom Laserlicht daran gehindert, aus der Reihe zu tanzen. Über ein externes Magnetfeld können die Physiker die Wechselwirkung zwischen den Atomen sehr präzise einstellen. Damit entsteht ein Labor für die Untersuchung sehr grundlegender physikalischer Fragen. „Denn Wechselwirkungseffekte äußern sich in niedrigdimensionalen Systemen wesentlich dramatischer als im dreidimensionalen Raum“, erklärt Hanns-Christoph Nägerl. Solche Strukturen sind deshalb für die Physik von besonderem Interesse. In Festkörpern lassen sich Quantendrähte nur sehr schwer untersuchen, während ultrakalte Quantengase gut gegen Einflüsse der Umgebung abgeschirmt werden können. Dies eröffnet den Weg zu ganz neuen, grundlegenden Erkenntnissen über die Physik der Materie.
Quantenphasenübergang
Den Innsbrucker Physikern ist nun die Beobachtung des sogenannten „Pinning-Übergangs“ von einem supraflüssigen Zustand („Luttinger-Flüssigkeit“) in einen Zustand, in dem die Atome an einem Ort lokalisiert sind („Mott-Isolator“), gelungen. In ihrem Experiment konnten sie zeigen, dass bei hinreichend starker Wechselwirkung der Atome das Anlegen eines zusätzlichen, beliebig schwachen optischen Gitters längs des Quantendrahtes ausreicht, um die zuvor ungeordneten Atome an ihrem Ort festzuheften („pinning“). Die Atome sind dabei nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt und befinden sich quantenphysikalisch in ihrem Grundzustand. „Es ist keine thermische Änderung, die diesen Phasenübergang bewirkt“, betont Doktorand Elmar Haller, der Erstautor der Studie. „Vielmehr sind die Atome bereits durch die starke, abstoßende Wechselwirkung vorbereitet und brauchen nur noch einen kleinen Schubs, um sich in dem optischen Gitter regelmäßig anzuordnen“, erklärt Haller. Wird das optische Gitter wieder entfernt, springen die Atome erneut in den supraflüssigen Zustand.
Theoretisch vorhergesagt
Das von den Experimentalphysikern erstmals beobachtete Phänomen wurde vor einigen Jahren von drei Theoretikern vorhergesagt, von denen zwei - Wilhelm Zwerger und Hans Peter Büchler - in der Vergangenheit auch an der Universität Innsbruck tätig waren.
Originalveröffentlichung: Elmar Haller et al.; "Pinning quantum phase transition for a Luttinger liquid of strongly interacting bosons"; Nature 29. Juli 2010
Meistgelesene News
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren
Whatman™ folded filter papers von Cytiva
Whatman-Faltfilterpapiere
Praktische gefaltete Formate beschleunigen Ihre Probenvorbereitung
Systec H-Series von Systec
Sichere, reproduzierbare und validierbare Sterilisation von Flüssigkeiten, Festkörpern und Abfällen
Kompakte Autoklaven mit 65-1580 Liter Nutzraum, flexibel erweiterbar für verschiedene Applikationen
Gilson MyPIPETMAN Select and MyPIPETMAN Enterprise Pipettes von Gilson
Deine Gilson-Pipette mit deinem Namen mit deiner Lieblingsfarbe!
Personalisieren Sie Ihre Pipette für Ihre Anforderungen
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.