Amerikanischen Physikern ist es gelungen, eine neue, bisher unbekannte Materieform zu erzeugen. Nach dem „Bose-Einstein-Kondensat, für das dessen Entdecker im Jahr 2001 den Nobelpreis erhielten, berichten Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) und der Universität von Colorado jetzt über die erstmalige Beobachtung eines „fermionischen Kondensats“. Diese bildet das lange gesuchte „Missing Link“ zwischen dem Bose-Einstein-Kondensat und supraleitenden Materialien.
Diese neue, durch Atompaare im gasförmigen Zustand gebildete Materieform war theoretisch bereits postuliert, aber noch nie experimentell nachgewiesen worden. Die Physiker um Deborah S. Jin hoffen nun, dass die weitere Erforschung dieser Materieform dazu beitragen wird, die noch offenen Fragen in der Hochtemperatur-Supraleitung zu beantworten. Der Einsatz dieser Technologie könnte dann vor allem die Energieeffizienz einer breiten Spektrums von Anwendungen dramatisch erhöhen.
Tausende Teilchen im Gleichklang
Bose-Einstein-Kondensate bestehen aus tausenden von ultrakalten Teilchen in einem einheitlichen Quantenzustand, das heißt, alle Teilchen verhalten sich dabei wie ein einziges riesiges Superatom. Möglich wird dies unter anderem dadurch, dass die dabei verwendeten Bosonen, zu denen rund die Hälfte der Bausteine der irdischen Materie gehören, Teilchen sind, die von Natur aus zur „Geselligkeit“ neigen. Im Gegensatz dazu sind Fermionen, die die andere Hälfte der Materiegrundbausteine bilden, eher „Einzelgänger“. Umso erstaunlicher und bahnbrechender die Tatsache, dass es gelungen ist, auch sie in ein solches Kondensat zu „zwingen“.
Bindeglied gefunden
Schon 2001 hatte der Physiker Murray Holland prognostiziert, dass fermionische Atomkondensate das Bindeglied zwischen der Supraleitung und dem Bose-Einstein-Kondensat bilden könnten. Er schlug vor, magnetische Felder zu benutzen, um in einem Gas ein „Resonanzkondensat“ zu erzeugen.
In dem von Jin und ihren Kollegen durchgeführten Experiment kühlten sie zunächst ein Gas aus 500.000 Kaliumatomen auf ein 50 Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt herunter. Mithilfe eines starken Magnetfeld gelang es, die Atome zu Paaren zu ordnen. Eine Anordnung, vergleichbar dem von Elektronen im Zustand der Supraleitfähigkeit.
„Die Bindungsstärke in unserem fermionischen Kondensat korrespondiert mit der eines Supraleiter bei Raumtemperatur“, erklärt Jin. „Das macht mich optimistisch, dass die fundamentale Physik, die wir durch diese Kondensate lernen, uns helfen werden, weitere, praktisch anwendbare Supraleiter zu konstruieren.“
(NIST/University Of Colorado, 30.01.2004 – npo)
