Superfluidität: Neuer Weg über die "unmögliche" Mischung eines Fermi-Gases mit einem Bose-Einstein-Kondensat
Wie von Geisterhand kriecht die Flüssigkeit von selbst den Becherrand hoch. Dieses Phänomen beobachten Physiker bei so genannten superfluiden Substanzen. Italienische Forscher fanden nun einen Weg, in weiteren Elementen neben Helium diese reibungsfreie Eigenschaft zu erhalten. Ihre Versuche beschreiben in einem Artikel, der vorab im Online-Portal der Fachzeitschrift "Science"veröffentlicht wurde.
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Bei ultratiefen Temperaturen, nur 240 Nanokelvin über dem absoluten Nullpunkt bei minus 273,15 Grad, versuchen die Physiker vom Europäischen Labor für Nichtlineare Spectroskopie in Florenz ein "Fermi-Gas" mit einem Bose-Einstein-Kondensat (BEC) zu mischen.
Sie wissen dabei genau, dass sie Unmögliches probieren. Denn in einem BEC versammeln sich die extrem stark abgekühlten Atome, so genannte Bosonen, in ein und demselben Quantenzustand. Bei einem Fermi-Gas aus Atomen mit halbzahligen Gesamtspin (Fermion) dagegen, verbietet das Pauli-Ausschluss-Prinzip diese Ordnung: Kein Fermion kann in einem Verbund den gleichen Quantenzustand einnehmen wie ein anderes Atom. Doch genau bei der Annäherung an diesen unmögliches Zustand beobachten die Forscher Erstaunliches.
So kühlten sie eine Mischung aus Rubidium-87 – mit einer gradzahligen Summe aus Elektronen, Protonen und Neutronen – und Kalium-40 – mit einer ungradzahligen Summe – ab. Wie erwartet kondensieren die Rubidium-Atome zu einem BEC. Die Kalium-Atome dagegen treibt es auseinander. Sie kollidieren und bilden dabei Moleküle. Genau in diesem überraschenden Effekt sehen die Wissenschaftler die Möglichkeit, dass sich die Kalium-Atome zu Paaren anordnen. In dieser Paarbildung liegt die Chance, superfluide Flüssigkeiten ohne jede Viskosität aus Fermionen zu gewinnen.
Jan Oliver Löfken
