Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenteilchen können Tropfen bilden

24.11.2016

Experimente mit magnetischen Atomen bei extrem tiefen Temperaturen haben eine überraschende Materieform aufgedeckt: Diese Atome formen eine neue Art von Quantenflüssigkeit. Die sogenannten Quantentropfen werden ohne äußere Kräfte allein durch Quanteneffekte zusammengehalten. Innsbrucker Experimentalphysiker und Theoretische Physiker aus Hannover berichten darüber in der Fachzeitschrift Physical Review X.

„Quantentropfen fallen wie ein Stein zu Boden“, schildert Experimentalphysikerin Francesca Ferlaino die überraschende Entdeckung. Mit ihrem Team konnte sie im Labor beobachten, wie sich in einem Quantengas große Tropfen bilden.


Vor dem Kollaps bewahrt: Aufgrund von Quanteneffekten kollabiert das Quantengas nicht, sondern bildet einen flüssigen Quantentropfen.

IQOQI/Harald Ritsch

Völlig überraschend war, dass diese Quantentropfen ohne äußere Unterstützung allein durch Quanteneffekte zusammengehalten werden. Mit dieser Entdeckung ebnen die Innsbrucker Wissenschaftler zeitgleich mit einer Forschungsgruppe der Universität Stuttgart, die mit dem ebenfalls magnetischen Element Dysprosium arbeitet, den Weg in ein völlig neues Forschungsfeld der Physik ultrakalter Quantengase.

Im Experiment erzeugen die Forscherinnen und Forscher zunächst in einer Vakuumkammer bei extrem tiefen Temperaturen ein Bose-Einstein-Kondensat aus Erbium-Atomen. Die Interaktion der Teilchen kontrollieren sie über ein äußeres Magnetfeld. Die besonderen Eigenschaften der magnetischen Atome machen es nun möglich, mit dem Magnetfeld die gewöhnliche Wechselwirkung soweit zu unterdrücken, dass nur noch die Quanteneigenschaften der korrelierten Teilchen zum Tragen kommen.

„Wir stellen das Teilchensystem sozusagen ruhig und verhelfen so den Quanteneigenschaften zur Dominanz“, erklärt Francesca Ferlaino, die mit ihrem Team erstmals eindeutig belegen konnte, dass Quantenfluktuationen für die Abstoßung der Teilchen sorgen und so ausreichend Oberflächenspannung entsteht, die allein einen Quantentropfen zusammenhält.

„In unserem Experiment haben wir zum ersten Mal den kontrollierten Übergang von einem Bose-Einstein-Kondensat, das sich wie ein superfluides Gas verhält, hin zu einem einzelnen großen Quantentropfen aus rund 20.000 Atomen realisiert“, freut sich Experimentalphysikerin die Erstautorin der Studie, Lauriane Chomaz.

Weil die Forscher die Wechselwirkung zwischen den Teilchen in einzigartiger Weise kontrollieren können, war es möglich die experimentellen Daten aus dem Labor mit der von einer Gruppe um Luis Santos an der Universität Hannover entwickelten Theorie zu vergleichen und so die Rolle der Quantenfluktuationen zweifelsfrei nachzuweisen.

Dieser neue suprafluide Zustand ist zwischen gasförmigen Bose-Einstein-Kondensaten und flüssigem Helium angesiedelt. Seine Erforschung könnte in Zukunft zu einem besseren Verständnis von Suprafluidität beitragen. Quantentropfen sind neben Helium das derzeit einzige bekannte System, das suprafluid und flüssig ist. In ultrakalten Quantengasen lässt sich das Phänomen in sehr reiner Form und unter gut kontrollierbaren Bedingungen studieren. Langfristig könnte der Materiezustand sogar Perspektiven für die Untersuchung von Suprasolidität liefern.

Francesca Ferlaino ist Professorin am Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck und wissenschaftliche Direktorin am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Die aktuelle Arbeit entstand in Kooperation mit Theoretikern um Luis Santos von der Universität Hannover und wurde unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt.

Publikation: Quantum-fluctuation-driven crossover from a dilute Bose-Einstein condensate to a macrodroplet in a dipolar quantum fluid. L. Chomaz, S. Baier, D. Petter, M. J. Mark, F. Wächtler, L. Santos, and F. Ferlaino. Phys. Rev. X 6, 041039
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041039

Rückfragehinweis:
Francesca Ferlaino
Institut für Experimentalphysik
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 52440
E-Mail: francesca.ferlaino@uibk.ac.at

Christian Flatz
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Universität Innsbruck
Tel.: +43 512 507 32022
Mobil: +43 676 872532022
E-Mail: christian.flatz@uibk.ac.at

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.6.041039 - Quantum-fluctuation-driven crossover from a dilute Bose-Einstein condensate to a macrodroplet in a dipolar quantum fluid. L. Chomaz, S. Baier, D. Petter, M. J. Mark, F. Wächtler, L. Santos, and F. Ferlaino. Phys. Rev. X 6, 041039
http://www.erbium.at - Dipolar Quantum Gas Group
http://iqoqi.at - Institut für Quantenoptik und Quanteninformation

Dr. Christian Flatz | Universität Innsbruck

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Unser Gehirn behält das Unerwartete im Blick
17.08.2018 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt
16.08.2018 | Universität Bern

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: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

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