Einen neuen Einblick in das außerordentlich komplexe Mehrkörperproblem haben jetzt Innsbrucker Wissenschaftler gegeben. Wie die Quantenphysiker in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten, konnten sie in einem ultrakalten Gas aus Cäsiumatomen erstmals indirekt Vierkörperzustände nachweisen, die eng mit den so genannten Efimov-Dreikörperzuständen verbunden sind.
In bestimmten Energieabständen von einem Efimov-Zustand haben die Forscher um Rudolf Grimm von der Universität Innsbruck zwei Verlustresonanzen entdeckt, die ein starkes Indiz für die Existenz von zwei mit dem Efimov-Zustand eng verbundenen Vierkörperzuständen sind.
Drei Teilchen „halten zusammen“
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.
Dem Team um 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.
Ultrakalte Atomwolken
„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.
(Universität Innsbruck, 09.04.2009 – DLO)
