Innsbruck (universität) - Einen neuen Einblick in das außerordentlich komplexe Mehrkörperproblem
gibt die Forschungsgruppe um Rudolf Grimm von der Universität Innsbruck. Die Quantenphysiker konnten in einem
ultrakalten Gas aus Cäsiumatomen erstmals Vierkörperzustände nachweisen, die eng mit den sogenannten
Efimov-Zuständen verbunden sind. Die Forscher berichten darüber in der Fachzeitschrift Physical Review
Letters.
Vor kurzem haben zwei Gruppen von Theoretikern die Existenz von Vierkörperzuständen vorhergesagt, die
eng mit den sogenannten Efimov-Dreikörperzuständen verbunden sind. Ein Team des Instituts für Experimentalphysik
der Universität Innsbruck hat diese Zustände nun erstmals in einem ultrakalten Gas aus Cäsiumatomen
indirekt nachgewiesen. In bestimmten Energieabständen von einem Efimov-Zustand haben sie zwei Verlustresonanzen
entdeckt, die ein starkes Indiz für die Existenz von zwei mit dem Efimov-Zustand eng verbundenen Vierkörperzuständen
sind. „Ultrakalte Atomwolken bieten sehr gute Möglichkeiten, diese Mehrkörperphänomene modellhaft
zu studieren“, erklärt die Nachwuchswissenschaftlerin Francesca Ferlaino, „denn wir können die Kräfte
und damit die Abstände zwischen den Teilchen sehr genau kontrollieren.“
Mehrkörperprobleme zählen zu den schwierigsten Fragen der Physik, deren Lösung seit Jahrhunderten
die klügsten Köpfe der Naturwissenschaft beschäftigt hat. Ausgefeilte Methoden und ein enormer numerischer
Rechenaufwand sind heute notwendig, um solche Probleme zu lösen. Auf der Suche nach einfachen Gesetzmäßigkeiten
in den komplexen Zusammenhängen von mehreren sich gegenseitig beeinflussenden Objekten ist die Wissenschaft
nun wieder einen wichtigen Schritt weiter gekommen.
Grundlage dafür war die Entdeckung des russischen Physikers Vitali Efimov, der Anfang der 1970er-Jahre eine
Reihe von Dreikörperzuständen vorhersagte, die durch quantenphysikalische Eigenschaften zustande kommen
und auch dadurch gekennzeichnet sind, dass die drei Teilchen sich zu einem schwach gebundenen Objekt vereinen können,
obwohl sie paarweise zu keiner Verbindung imstande sind. Der Arbeitsgruppe um Rudolf Grimm gelang es 2006 – mehr
als 35 Jahre nach der Entdeckung durch Efimov – dieses Phänomen im Labor erstmals nachzuweisen. Seither hat
sich die Erforschung von Efimov-Zuständen zu einem eigenen Feld innerhalb der Physik ultrakalter Atome entwickelt.
Über ihre Beobachtungen berichten die Innsbrucker Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.
Unterstützt wurden sie vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF. Die Italienerin Francesca Ferlaino
war Lise-Meitner-Stipendiatin des FWF und ist seit drei Jahren als Nachwuchsforscherin in der Gruppe von Rudolf
Grimm in Innsbruck tätig. Nun baut die erfolgreiche Forscherin am Institut für Experimentalphysik der
Universität Innsbruck eine eigene Forschungsgruppe auf. |