Unerwartet: Quantengas wird flüssig 💧
Ein Team des CNR, der Universität Florenz und des LENS hat den Bruch eines Quantentröpfchens untersucht. Dieses Phänomen, das an das in Flüssigkeiten beobachtete erinnert, offenbart unerwartete Eigenschaften.
Numerische Simulationen des Bruchs eines Quantentröpfchens.
Bildnachweis: CNR-INO
Quantentröpfchen entstehen aus ultrakalten atomaren Gasen. Obwohl es sich um Gase handelt, verhalten sie sich dank quantenmechanischer Effekte wie Flüssigkeiten. Diese Studie zeigt, dass sie durch kapillare Instabilität zerbrechen können.
Die kapillare Instabilität, auch Plateau-Rayleigh-Instabilität genannt, ist in Flüssigkeiten bekannt. Sie bewirkt, dass ein Wasserstrahl in Tropfen zerfällt. Dieser Effekt, der bisher in Quantengasen noch nie beobachtet wurde, wurde nun nachgewiesen.
Die Wissenschaftler nutzten fortschrittliche optische Werkzeuge, um diese Tröpfchen zu erzeugen. Indem sie sich in einem optischen Wellenleiter bewegten, sahen sie, wie das Tröpfchen in mehrere kleinere Tropfen zerbrach, genau wie bei Flüssigkeiten.
Diese Forschung, veröffentlicht in Physical Review Letters, basiert auf Experimenten und Simulationen. Sie trägt zum besseren Verständnis der Quantenzustände der Materie und ihrer zukünftigen Anwendungen bei.
Die Ergebnisse könnten bei der Herstellung von Netzwerken aus Quantentröpfchen helfen. Diese Netzwerke könnten in hochpräzisen Sensoren oder Quantenspeichern eingesetzt werden.
Was ist ein Quantentröpfchen?
Ein Quantentröpfchen ist ein ultrakaltes Gas, das sich aufgrund quantenmechanischer Effekte wie eine Flüssigkeit verhält. Dieses Verhalten existiert in normalen Gasen nicht.
Die Wechselwirkungen zwischen Atomen, die von den Forschern kontrolliert werden, stabilisieren diese Tröpfchen. Dadurch entstehen kohärente Strukturen trotz ihrer gasförmigen Natur.
Diese Tröpfchen haben Gemeinsamkeiten mit Flüssigkeiten, wie die Oberflächenspannung. Aber ihre Funktionsweise wird von der Quantenmechanik bestimmt, was sie einzigartig macht.
Sie sind ideal, um die Grenzen zwischen klassischer und Quantenphysik zu erforschen, und könnten für zukünftige Technologien nützlich sein.
Wie wird dieses Phänomen in einem Quantengas beobachtet?
Um die kapillare Instabilität in einem Quantengas zu beobachten, sind sehr präzise Techniken erforderlich. Die Forscher kühlen die Atome mit Lasern auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ab.
Einmal gebildet, wird das Tröpfchen in einen optischen Wellenleiter platziert. Es verlängert sich unter dem Einfluss der Oberflächenspannung und bricht dann in mehrere kleinere Tropfen, genau wie in einer Flüssigkeit.
Simulationen ergänzen diese Beobachtungen und zeigen detailliert, wie das Tröpfchen fragmentiert.
Dieser kombinierte Ansatz ermöglicht ein besseres Verständnis dieser Quantensysteme und ebnet den Weg für neue Entdeckungen unter extremen Bedingungen.