Francesca Ferlaino vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck.
In bestimmten Energieabständen von einem Efimov-Zustand (grüne Linien) haben die Innsbrucker Physiker zwei Verlustresonanzen (rote Linien) entdeckt, die ein starkes Indiz für die Existenz von zwei mit dem Efimov-Zustand eng verbundenen Vierkörperzuständen sind.
Innsbruck/Wien - "Zwei ist zu wenig, drei ist gut, vier geht auch" - so in etwa lässt sich der neueste Stand der Quantenphysik rund um sogenannte Efimov-Zustände oder Mehrkörperprobleme zusammenfassen. Wissenschafter des Instituts für Experimentalphysik der Uni Innsbruck um Rudolf Grimm melden in der renommierten Physik-Zeitschrift Physical Review Letters den weltweit erstmaligen Nachweis von "Vierkörperzuständen, die eng mit Efimov-Zuständen verbunden sind".
Die komplexen Mehrkörperzustände wurden von Vitali Efimov 1970 vorhergesagt. Er errechnete, dass sich einzelne Teilchen völlig "ignorieren", wenn sie aufeinandertreffen. Erst durch das Hinzukommen eines dritten Partners können sie sich plötzlich vereinigen. Vereinfacht gesagt, reicht die Bindungsenergie zweier Teilchen nicht für die Bindung aus, erst wenn ein drittes dazukommt, reicht die Energie. Die Efimov-Zustände sind dabei nur in bestimmten Abständen der Teilchen möglich.
Kalt beobachtbar
Grimm hat sich mit seiner Arbeitsgruppe Experimenten mit ultrakalter Materie verschrieben. Durch das Abkühlen von Elementarteilchen, Atomen oder auch Molekülen nahe an den absoluten Nullpunkt werden diese so stark verlangsamt, dass etwa grundlegende Kräfte beobachtbar werden. Der weltweit erstmalige Nachweis der Dreiteilchenbildung nach Efimov gelang den Forschern 2006 durch Experimente an kalten Cäsium-Atomen. Anfang 2009 meldeten die Physiker dann die Bildung von Efimov-Zuständen aus Molekülen und Atomen.
Nun sind die Experimentatoren noch einen Schritt weiter gegangen. Sie konnten aus einem heruntergekühlten Gas aus Cäsiumatomen mit Efimov eng verbundene Vierkörperzustände nachweisen. "Ultrakalte Atomwolken bieten sehr gute Möglichkeiten, diese Mehrkörperphänomene modellhaft zu studieren", erklärte dazu Fancesca Ferlaino aus Grimms Arbeitsgruppe.
Im kalten Zustand nahe dem absoluten Nullpunkt lassen sich die Kräfte zwischen den Teilchen sehr genau kontrollieren und damit auch exotische Zustände gezielt herstellen und untersuchen. Die jüngsten Experimente wurden vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützt. (APA/red)