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Sechster Aggregatzustand entdeckt

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Fermionen-Kondensation als "Flugzeit-Bild" bei drei verschieden starken Magnetfeldern

Einen nobelpreisverdächtigen physikalischen Knallbonbon enthält die neueste Online-Ausgabe der Physical Review Letters von Ende Januar: Der experimentelle Nachweis der so genannten Fermionen-Kondensation. Physiker bezeichnen diese bei extrem niedrigen Temperaturen -- nur ein 50Milliardenstel Grad über dem absoluten Nullpunkt -- erzeugte Kondensation jetzt als sechsten Aggregatzustand der Materie. Man könnte ihn auch als alternativen fünften Aggregatzustand bezeichnen, denn die Teilchen der Materie lassen sich in zwei Klassen mit sehr unterschiedlichem Verhalten einteilen: Solche mit ganzzahligem Spin (Bosonen) und solche mit halbzahligem Spin (Fermionen). Und für die Bosonen haben die Wissenschaftler Eric Cornell, Carl Wiemann und am MIT auch Wolfgang Kettele die Kondensation schon 1995 nachgewiesen und dafür 2001 den verdienten Nobelpreis erhalten. Diese "fünfte Aggregatzustand" genannte Kondensation wurde bereits 1925 von Satyendra Nath Bose und Albert Einstein vorhergesagt und trägt daher den Namen Bose-Einstein-Kondensation (BEC). Seit dem Nachweis von BEC arbeiten nun Wissenschaftler fieberhaft an theoretischen Grundlagen und dem experimentellen Nachweis für die Kondensation der anderen Teilchensorte, der Fermionen. Erfreulicherweise befindet sich mit Markus Greiner auch jetzt wieder ein Deutscher in dem Entdeckerteam an der Universität Colorado, das unter Teamleiterin Deborah Jin und zusammen mit der Noch-Studentin Cindy Regal nun experimentell Erfolg hatte.Das Team arbeitet am JILA, dem Joint Laboratory of the Department of Commerce's National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado at Boulder (CU-Boulder) zu dem auch obige Nobelpreisträger Cornell und Wiedmann gehören.

Eigentlich galt die Kondensation von Fermi-Teilchen als ein Widerspruch in sich, denn anders als Bosonen sind Fermionen sehr "ungesellige" Gesellen: kein Fermion mag es nämlich, sich in genau dem gleichen Zustand zu befinden, wie ein anderes Fermion. Zwei Fermion-Atome können sich zu einem Molekül zusammenschließen, das dann eine ganzzahligen Spin hat und mithin ein Boson darstellt. Aber ein Zusammenschluss dieser Moleküle wäre eine Bose-Einstein- und keine Fermionen-Kondensation. Doch unter bestimmten Bedingungen kann man einzelne Fermionen mit kräftigen Magnetfeldern zur Paarbildung veranlassen, wobei die Paare keine Moleküle bilden, sich aber "bosonenartig" verhalten und kondensieren können. Das gelang nun mit etwa einer halbe Millionen Kalium-Atomen. Man erhofft sich nun aus dem Studium der Fermionen-Kondensation viele neue Erkenntnisse für Supraleitung und Superflüssigkeit, insbesondere auch für die Hochtemperatur-Supraleitung. (as)

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