Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erfolgreiche Suche im „Quanten-Heuhaufen“

08.02.2008
Österreichischen Physikern gelingt Durchbruch bei fermionischen Quantengasen

Physikalisches Neuland haben Forscher des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) jetzt betreten. Einem Team um Univ.-Prof. Dr. Rudolf Grimm und Dr. Florian Schreck gelang es erstmals so genannte Feshbach-Resonanzen für eine Quantengasmischung aus zwei fermionischen Elementen zu finden und sie gemeinsam mit amerikanischen und niederländischen Physikern zu charakterisieren. Damit eröffnen die Wissenschaftler ein völlig neues Feld für die Erforschung fundamentaler Fragen der Quantenphysik.

Fermionische Teilchen sind Einzelgänger und werden nur dann gesellig, wenn man sie zu Paaren zusammenschließt. Ein Beispiel aus der Natur sind die so genannten Cooper-Paare, zwei durch starke Wechselwirkung verbundene Elektronen (Fermionen), die für die Supraleitung in sehr stark abgekühlten Materialien verantwortlich sind. Dieses Phänomen des verlustfreien Flusses von elektrischem Strom zu verstehen, ist eines der großen Ziele der modernen Physik. Mit der Herstellung der ersten Bose-Einstein-Kondensate aus Fermionen hat die Forschungsgruppe um Wittgenstein-Preisträger Rudolf Grimm von der Universität Innsbruck bereits im Jahr 2003 einen international beachteten Durchbruch erzielt. Nun ist es dem Team erstmals gelungen, eine ultrakalte fermionische Gasmischung aus zwei verschiedenen Elementen, Lithium-6 und Kalium-40, herzustellen und jene Feshbach-Resonanzen zu charakterisieren, an denen die Teilchen besonders stark miteinander wechselwirken. Sie berichten darüber in der heute, Freitag, erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Suche nach Nadeln im Heuhaufen

... mehr zu:
»Physik »Teilchen

„Wir haben die Wechselwirkung von Lithium-6 und Kalium-40 Atomen bei extrem tiefen Temperaturen aufgeklärt“, erklärt Dr. Florian Schreck. „Das ist das fundamental Neue an unserem Experiment.“ Die quantenmechanischen Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen waren bisher unbekannt und konnten auch theoretisch nicht vorhergesagt werden. In monatelangen Messungen haben die Forscher sich auf die Suche nach so genannten Feshbach-Resonanzen begeben. „Das ist mit der Suche nach vielen, sehr kleinen Nadeln in einem Heuhaufen zu vergleichen“, erläutert Rudolf Grimm. Am Ende waren es 13 solcher Resonanzen, die sie finden konnten. Sind die Feshbach-Resonanzen eines Systems bekannt, können die Physiker durch die Veränderung des angelegten Magnetfeldes die Wechselwirkung der Teilchen beliebig verändern und so zum Beispiel gezielt Moleküle oder Cooper-Paare erzeugen.

Internationale Zusammenarbeit

Bevor es aber so weit ist, mussten die Forscher die gefundenen Resonanzen zunächst richtig verstehen. „Das hat uns enormes Kopfzerbrechen bereitet, da anfangs keines der vorhandenen theoretischen Modelle richtig passen wollte“, sagt Prof. Grimm. „Um das Problem zu knacken, bedurfte es einer engen Zusammenarbeit mit Forschern des NIST in Gaithersburg, USA, und niederländischen Physikern an der Universität Amsterdam sowie der Technischen Universität Eindhoven.“ Die Theoretiker entwickelten ein neues Modell, mit dem die Messergebnisse aus Innsbruck interpretiert werden konnten. „Mit diesem Rechenmodell können wir nun alle möglichen Feshbach-Resonanzen für Lithium-Kalium-Mischungen ermitteln“, betont Florian Schreck. Damit haben die Wissenschaftler ein fundamentales Werkzeug für die weitere Erforschung dieser fermionischen Gasmischungen etabliert. „Als nächstes wollen wir nun stabile ultrakalte Moleküle aus Lithium- und Kaliumatomen herstellen und diese schließlich in ein Bose-Einstein-Kondensat umwandeln“, blickt Schreck in die Zukunft.

Zukunftshoffnung Supraleitung

Diese Experimente bilden die Grundlage für die weitere Erforschung fundamentaler Fragen der Physik. So könnten besondere Formen der Suprafluidität in Zukunft besser verstanden werden, wenn Experimente mit gemischten fermionischen Quantengasen erfolgreich sind. Die Physik kann heute zum Beispiel die Funktionsweise von Hochtemperatursupraleitern noch nicht erklären. Sie scheitert hier an den extrem komplexen Strukturen der Festkörper. „Unser Experiment bildet diese Systeme vereinfacht nach und lässt sich sehr genau kontrollieren. Im Wechselspiel mit den Theoretikern erhoffen wir uns daraus neue Erkenntnisse über die Supraleitung, und vielleicht führt das langfristig einmal zu besseren Supraleitern“, hofft Florian Schreck. Schon heute werden Supraleiter zum Beispiel in Kernspintomographen eingesetzt, um sehr starke Magnetfelder zu erzeugen. Für die Zukunft werden große Hoffnungen in die Beherrschung dieses physikalischen Phänomens gesetzt, gehen heute im Alltag doch enorme Mengen der erzeugten elektrischen Energie beim Transport verloren.

Diese Forschungsarbeit wurde am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) durchgeführt und vom österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) unterstützt.

Publikation: Exploring an Ultracold Fermi-Fermi Mixture: Interspecies Feshbach Resonances and Scattering Properties of 6Li and 40K. E. Wille, F. M. Spiegelhalder, G. Kerner, D. Naik, A. Trenkwalder, G. Hendl, F. Schreck, R. Grimm, T. G. Tiecke, J. T. M. Walraven, S. J. J. M. F. Kokkelmans, E. Tiesinga, and P. S. Julienne. Phys. Rev. Lett. 100, 053201 (2008)

Kontakt:
Dr. Florian Schreck
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Technikerstr. 21a, A-6020 Innsbruck
T: +43 512 507 4761
M: +43 650 3466623
E-Mail: Florian.Schreck[at]oeaw.ac.at
Web: http://www.ultracold.at/
Dr. Christian Flatz
Public Relations
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Technikerstraße 21a, A-6020 Innsbruck
Tel. +43 650 5777122
E-Mail: pr-iqoqi[at]oeaw.ac.at
Web: http://www.iqoqi.at/

Dr. Florian Schreck | IQOQI
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e053201
http://www.ultracold.at/
http://www.iqoqi.at/

Weitere Berichte zu: Physik Teilchen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz
18.04.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions
18.04.2019 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics