Rotonen: Innsbrucker Forscher wiesen Quasiteilchen nach

Innsbrucker Experimentalphysiker haben gemeinsam mit Theoretikern aus der Tiroler Landeshauptstadt und Hannover erstmals sogenannte Rotonen in einem Quantengas nachgewiesen. Dies ebne den Weg zu einem besseren Verständnis paradigmatischer Zustände von Quantenflüssigkeiten wie Suprafestkörpern, hieß es in einer Aussendung der Universität Innsbruck am Dienstag. Die Rotonen bzw. Quasiteilchen wurden für die Beschreibung der seltsamen Eigenschaften von supraflüssigem Helium eingeführt. Die im Fachmagazin "Nature Physics" veröffentlichte Arbeit beschreibt laut den Wissenschaftern ähnliche Phänomene in einem Quantengas.

Als weltweit erste Forschungsgruppe hatten die Innsbrucker Wissenschafter 2012 ein Bose-Einstein-Kondensat aus Erbium-Atomen realisiert. Der stark magnetische Charakter dieser Atome führte zu einem extrem dipolaren Verhalten des Quantensystems. Mit diesem Modellsystem konnten sie bereits mehrere dipolare Wenig- und Vielteilcheneffekte nachweisen. Nun sei es der Gruppe gelungen, ein Bose-Einstein-Kondensat aus rund 100.000 Erbium-Atomen so zu präparieren, dass Rotonen beobachtet werden können. "Wir verwenden dazu eine zigarrenförmige Falle aus Laserlicht und orientieren die atomaren Dipole mit einem Magnetfeld quer dazu", erklärte Erstautorin Lauriane Chomaz. Wenn die Atome entlang der kurzen Seite der Zigarre sitzen, ziehen sich die Teilchen an und sie stoßen sich ab, wenn sie in Längsrichtung sitzen.

Lange gesucht

Der erfolgreiche Nachweis dieses seit langem gesuchten Quasiteilchens ebne den Weg für die weitere Erforschung der Suprafluidität. Darüber hinaus schaffe es auch Möglichkeiten, einen paradoxen Materiezustand zu erkunden, der gleichzeitig sowohl Eigenschaften fester als auch suprafluider Körper zeigt. Erste Nachweise dafür hat es im vergangenen Jahr bereits in Experimenten an Hybrid-Systemen aus Atomen und Licht gegeben.

Magnetische Atome können eine neue Perspektive bieten, um suprasolide Zustände direkt zu erkunden, zeigten sich die Innsbrucker Forscher überzeugt. Schließlich bestätige dieser Durchbruch die Möglichkeiten, die dipolare Gase für die Erforschung von Quantenflüssigkeiten bieten - wie auch die Entdeckung von dipolaren Quantentröpfchen durch die Gruppe von Tilman Pfau in Stuttgart kürzlich gezeigt habe.