Forschende der Universität Innsbruck in Österreich haben gebundene Gruppen namens Bethe-Strings in einem ultrakalten atomaren Gas erzeugt und beobachtet, teilte die Universität am 14. September mit. Die Arbeit ermöglicht kontrollierte Untersuchungen des kollektiven Verhaltens von Quantenteilchen und liefert Hinweise auf Gruppen mit mehr als sechs Atomen.
Das Team um Hanns-Christoph Nägerl arbeitete mit Theoretikern in Amsterdam und München zusammen. Der begutachtete Fachartikel erschien am 29. August in Nature Communications; die heutige Universitätsmitteilung erläutert das Experiment. Hans Bethe sagte solche Zustände 1931 voraus. Kleinere Strings beobachteten Forschende bereits in Quantenmagneten und supraleitenden Qubits.
Laut Universität kühlte das Team Cäsiumatome auf wenige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt und verteilte sie auf Tausende schmale Röhren. Dadurch beschränkte sich ihre Bewegung im Wesentlichen auf eine Richtung. Der Wechsel von abstoßenden zu anziehenden Wechselwirkungen erzeugte eine Mischung gebundener Gruppen unterschiedlicher Größe.
Zum Nachweis verglich das Team zwei Ausdehnungen. In den Röhren stießen die Gruppen zusammen und blieben intakt. Die Freisetzung in drei Dimensionen löste die gebundenen Zustände auf und beschleunigte die Ausdehnung. Damit untersuchten die Forschenden die Bindungsenergie. Ungebundene Atome lieferten bei beiden Messungen nahezu dieselbe Energie.
Der Fachartikel nennt weitere Hinweise in der atomaren Impulsverteilung und im Tan-Kontakt, einem Maß mit Bezug zu Teilchenkorrelationen. Die Messungen stimmen quantitativ mit der generalisierten Hydrodynamik überein, einem theoretischen Rahmen für diese Systeme. Der Fortschritt betrifft Mischungen vieler, auch großer Strings und erweitert frühere Beobachtungen kleiner einzelner Strings.
Die Universität betont die präzise Kontrolle über Geometrie, Dichte und Wechselwirkungen. Dies ermöglicht Untersuchungen zur Entstehung und zu Zusammenstößen dieser kollektiven Objekte. Die Autoren sehen künftige Möglichkeiten zur Erforschung von Quantenkohärenz, nichtlinearer Dynamik und Thermalisierung, bei der sich ein wechselwirkendes System dem thermischen Gleichgewicht nähert.
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