Quantum Liquids
Leggett, A. J.
Bei Abkühlung eines Systems mit vielen Teilchen verringert sich deren thermische Bewegung, bis ihr Verhalten schließlich durch Quanteneffekte bestimmt wird. Das spektakulärste Quantenphänomen dieser Art ist sicherlich die Supraleitung bzw. Suprafluidität, d. h. der verlustfreie Strom einer makroskopisch großen Zahl geladener oder neutraler Teilchen. Beide „Supra“-Eigenschaften sind das Resultat einer Quantenkondensation, d. h. Bose-Einstein-Kondensation (BEC) von Bosonen bzw. Cooper-Paar-Bildung von Fermionen. Lange waren konventionelle Supraleiter und die Bose-Flüssigkeit 4He die einzigen bekannten derartigen Systeme. Die Entdeckung von Suprafluidität in der Fermi-Flüssigkeit 3He (1971), von Schwer-Fermion-Supraleitung (1979), Hoch-Temperatur-Supraleitung (1986), BEC in bosonischen Alkali-Gasen (1995) und, erst kürzlich, von Suprafluidität in atomaren Fermi-Gasen erneuerte und verstärkte das Interesse an Quantenkondensation immer wieder.
Der Autor des vorliegenden Buches, A. J. Leggett, kennt sich auf diesem Gebiet wie kaum ein Zweiter aus – 2003 erhielt er für seine bahnbrechenden Erklärungen der Eigenschaften von suprafluidem 3He den Nobelpreis für Physik. Sein Buch gibt einen umfassenden Überblick über die oben genannten Quantenkondensate. Im letzten Kapitel diskutiert er auch noch andere Systeme wie z. B. exotische (nicht-Kupferbasierte) Supraleiter, flüssiges 3He in Aerogel und Supersolids. Das Besondere an dem Buch ist, dass der Autor auf fortgeschrittene theoretische Methoden verzichtet und statt dessen die zugrundeliegenden physikalischen Ideen diskutiert, und dass er bekannte Standardresultate auf neue Weise ableitet. Dabei lässt sich Leggett von einer Überzeugung leiten, die – wie er selbst schreibt – von einem großen Teil der Theorie-Community wahrscheinlich nicht geteilt wird: Er hält es bei der Behandlung der Quantenkondensation nämlich weder für notwendig noch erstrebenswert, das Konzept einer spontan gebrochenen U(1)-Symmetrie zu benutzen. Statt dessen formuliert er die Physik ausschließlich mit Hilfe der Ein- oder Zweiteilchen-Dichtematrix.
Beim Lesen des Buchs wird sofort klar, dass der Autor lange über den Stoff nachgedacht hat. Seine Formulierungen, Anmerkungen und Fußnoten geben dem Buch einen sehr persönlichen, fast gesprächsartigen Stil. Ungewöhnlich ist auch, dass nur speziellere theoretische Arbeiten im Literaturverzeichnis aufgeführt werden, während berühmte Arbeiten wie etwa die von Bardeen, Cooper und Schrieffer (1957) zwar ausführlich diskutiert, aber nicht explizit zitiert werden. Leser, die sich noch nicht mit dem Thema auskennen, müssen daher auch noch andere Quellen benutzen. Alle Leser, die sich für das faszinierende Gebiet der Quantenkondensation interessieren – von Anfängern bis hin zu Experten – werden von diesem aktuellen und wahrhaft originellen Buch profitieren.
Prof. Dr. Dieter Vollhardt, Lehrstuhl für Theoretische Physik III, Center for Electronic Correlations and Magnetism, Institut für Physik, Universität Augsburg
A. J. Leggett: Quantum Liquids
Bose Condensation and Cooper Pairing in Condensed-Matter Physics
Oxford University Press, 2006, 404 S., geb., ISBN 9780198526438
