Ultrakalte Quantenteilchen brechen klassische Symmetrie
Eine Wolke aus Quantenteilchen verletzt bei Ausdehnung die Skalensymmetrie. Abbildung: Enss
Viele Phänomene der Natur zeigen in ihrer dynamischen Entwicklung Symmetrien, die Aufschluss über den inneren Mechanismus eines Systems geben können. Im Bereich der Quantenphysik sind diese Symmetrien jedoch nicht immer erfüllt. Wissenschaftler vom Zentrum für Quantendynamik der Universität Heidelberg konnten bei Laborexperimenten mit ultrakalten Lithiumatomen nun erstmals eine bereits in der Theorie vorhergesagte Abweichung von der klassischen Symmetrie nachweisen. Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Science“.
„In der Welt der klassischen Physik steigt die Energie eines idealen Gases proportional zum Druck, den man darauf ausübt. Das ist eine unmittelbare Folge der Skalensymmetrie, und dieselbe Relation gilt in jedem skaleninvarianten System. In der Welt der Quantenmechanik können jedoch die Wechselwirkungen zwischen Quantenteilchen so stark werden, dass diese klassische Skalensymmetrie nicht mehr gültig ist“, erläutert Privatdozent Dr. Tilman Enss vom Institut für Theoretische Physik, dessen Forschungsgruppe bei diesen Experimenten mit der Gruppe von Prof. Dr. Selim Jochim vom Physikalischen Institut der Ruperto Carola zusammenarbeitet.
Bei ihren Experimenten haben die Forscher das Verhalten eines ultrakalten, supraflüssigen Gases aus Lithiumatomen untersucht. Wenn das Gas aus seinem Gleichgewichtszustand gebracht wird, beginnt es sich in einer „atmenden“ Bewegung immer wieder auszudehnen und zu komprimieren.
Anders als klassische Teilchen können sich diese Quantenteilchen zu Paaren verbinden, was dazu führt, dass sich die Supraflüssigkeit umso schwerer komprimieren lässt, je dichter sie ist. Eine solche Abweichung von der klassischen Skalensymmetrie hat nun die Gruppe um die beiden Erstautoren der Studie Dr. Puneet Murthy und Dr. Nicolo Defenu – Mitarbeiter von Prof. Jochim und Dr. Enss – beobachtet und damit die Quantennatur dieses Systems unmittelbar nachgewiesen.
Dieser Effekt gibt, so die Wissenschaftler, einen besseren Einblick in das Verhalten von Systemen mit ähnlichen Eigenschaften wie Graphen oder Supraleitern, bei denen Strom ohne jeglichen Widerstand fließen kann, wenn eine sogenannte Sprungtemperatur unterschritten wird.
Kontakt:
Universität Heidelberg
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de
Dr. Nicolo Defenu
Institut für Theoretische Physik
Telefon (06221) 54-9339
defenu@thphys.uni-heidelberg.de
P. A. Murthy, N. Defenu, L. Bayha, M. Holten, P. M. Preiss, T. Enss, and S. Jochim: Quantum scale anomaly and spatial coherence in a 2D Fermi superfluid, Science Vol. 365, pp. 268-272 (19 Jul 2019). DOI: 10.1126/science.aau4402
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Sensoren für „Ladezustand“ biologischer Zellen
Ein Team um den Pflanzenbiotechnologen Prof. Dr. Markus Schwarzländer von der Universität Münster und den Biochemiker Prof. Dr. Bruce Morgan von der Universität des Saarlandes hat Biosensoren entwickelt, mit denen…
Organoide, Innovation und Hoffnung
Transformation der Therapie von Bauchspeicheldrüsenkrebs. Bauchspeicheldrüsenkrebs (Pankreaskarzinom) bleibt eine der schwierigsten Krebsarten, die es zu behandeln gilt, was weltweite Bemühungen zur Erforschung neuer therapeutischer Ansätze anspornt. Eine solche bahnbrechende Initiative…
Leuchtende Zellkerne geben Schlüsselgene preis
Bonner Forscher zeigen, wie Gene, die für Krankheiten relevant sind, leichter identifiziert werden können. Die Identifizierung von Genen, die an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind, ist eine der großen…