Wenn bestehende Theorien ins Wanken geraten
Experimente mit Atomen brachten an der TU Wien unerwartete Ergebnisse. Gekoppelte Atomwolken synchronisieren ihre Schwingung in Millisekunden – was mit bestehenden Theorien nicht erklärbar ist.
Wenn Atome fast auf den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden, ändern sie ihr Verhalten deutlich. Sie können zu einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat werden, ein ultra-kalter Materiezustand, in dem Teilchen ihre Individualität verlieren und nur noch kollektiv als ein einziges großes Quantenobjekt beschrieben werden können.
An der TU Wien werden Wolken aus ultra-kalten Atomen seit Jahren untersucht. Sie sind ein perfektes Modellsystem um fundamentale Fragen der Vielteilchen-Quantenphysik zu studieren. Nun ist das Forschungsteam rund um Jörg Schmiedmayer (Atominstitut) auf bemerkenswerte Resultate gestoßen, die von keiner der bisher etablierten Theorien erklärt werden können.
Lehrbuchwissen muss hinterfragt werden
Wenn zwei ultra-kalte Quantengase miteinander gekoppelt werden, können sie sich spontan synchronisieren, sodass sich ihre Schwingungen nach wenigen Millisekunden perfekt aneinander angleichen. Das bedeutet, dass das bisherige Lehrbuchwissen über Bose-Einstein-Kondensate hinterfragt werden muss. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlicht.
Mit diesem erstaunlichen Ergebnis hofft das Forschungsteam, weitere Forschung auf diesem Gebiet anzustoßen. „Schließlich ist das Verhalten von Vielteilchen-Quantensystemen heute eines der großen ungelösten Probleme der modernen Physik“, sagt Jörg Schmiedmayer. „Es verbindet viele ganz grundlegende Fragen – vom Zustand des frühen Universums gleich nach dem Urknall bis hin zur Frage, warum die merkwürdigen Effekte der Quantentheorie nur auf winziger Skala beobachtet werden können, während sich größere Objekte an die Regeln der klassischen Physik halten.“