Ungewöhnliche Teilchenbindung tritt periodisch auf

Anfang der 1970-Jahre wurde ein Zustand vorhergesagt, bei dem drei Teilchen eine unerwartete Verbindung eingehen – ein sogenannter Efimov-Zustand. Würde man den Abstand zwischen den vereinten Teilchen um den Faktor 22,7 vergrößern, sollte diese Verbindung erneut auftreten. Das Besondere daran: Die einzelnen Teilchen gehen paarweise keine Verbindung ein. Nun konnten die Wissenschaftler, die diesen Dreikörperzustand vor einigen Jahren erstmals experimentell beobachtet hatten, auch die Periodizität dieses Phänomens nachweisen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.

Ungewöhnlicher Dreiteilchenzustand

Um einen Dreikörperzustand zu erzeugen verwendeten Bo Huang und seine Kollegen von der Universität Innsbruck ein Gas aus Cäsiumatomen mit einer Temperatur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Die Teilchen in einem solchen ultrakalten Gas lassen sich besonders gut durch ein angelegtes Magnetfeld beeinflussen. Um den zweiten Efimov-Zustand zu erzeigen, musste der Abstand zwischen den Teilchen auf einen Mikrometer vergrößert werden. „Das entspricht dem 20 000-fachen des Radius eines Wasserstoffatoms“, erklärt Koautor Rudolf Grimm. „Im Vergleich zu einem Molekül ist das ein riesiges Gebilde.“ In ihrem Experiment stellte sich heraus, dass der tatsächliche Faktor für das erneute Auftreten eines Dreikörperzustandes bei 21 anstatt bei 22,7 liegt. Die kleine Abweichung ist vermutlich auf die Physik jenseits des idealisierten Efimov-Zustands zurückzuführen, so die Forscher.

Die Erforschung von Dreikörperzuständen ist interessant, da ein solches Phänomen überall bei Wechselwirken von wenigen Teilchen auftreten kann. Die Wechselwirkungen zwischen zwei Teilchen oder zwischen sehr vielen Teilchen sind sehr gut untersucht. Doch das Zusammenwirken weniger Teilchen zeige neue Phänomene, so die Wissenschaftler, die man erst noch verstehen müsse. Solche Wechselwirkungen könnten in Atomkernen oder auch bei Verbindungen von Molekülen eine wichtige Rolle spielen.