„Fraktionaler Fermi-See“: Innsbruck erzeugt neuen Quantenzustand aus Cäsiumatomen
Physiker aus Innsbruck und Paris versetzen ultrakalte Atome in einen hoch angeregten, aber geordneten Zustand. Die neuen Quasiteilchen könnten „Super-Fermionen“ sein.
Archivbild · Foto: Asurnipal / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Ein Team um Hanns-Christoph Nägerl von der Universität Innsbruck und den Theoretiker Alvise Bastianello (CNRS und Université Paris-Dauphine) hat ultrakalte Cäsiumatome untersucht, die auf eine Dimension eingeschränkt sind. Die Forschenden schalteten die Wechselwirkung zwischen den Atomen wiederholt zwischen starker Abstoßung und starker Anziehung hin und her. So gelangten die Atome aus dem Grundzustand in einen hoch angeregten Zustand, ohne ihre innere Ordnung zu verlieren. Die theoretische Arbeit erschien in Physical Review Letters.
Der Zustand zeigt wellenartige Dichteschwankungen und eine ungewöhnliche Art, wie Teilchenkorrelationen mit dem Abstand schwächer werden. Diese Signaturen weichen von den Vorhersagen der etablierten Tomonaga-Luttinger-Theorie für eindimensionale Quantensysteme ab. Eine begleitende experimentelle Studie befindet sich noch in der Begutachtung.
„Statt das System einfach aufzuheizen, ordnet der Wechselwirkungszyklus die Atome in einen neuen Vielteilchenzustand um“, sagt Erstautor Yi Zeng. „Dieser Zustand ist hoch angeregt, aber er ist nicht zufällig“, ergänzt Nägerl. Für die kollektiven Anregungen schlägt er vorläufig den Namen „Super-Fermionen“ vor. Eine direkte Anwendung nennt die Studie nicht – es geht um Grundlagenforschung mit Quantensimulatoren.