Dynamische Phasenübergänge
Neue Phänomene in Quantenmaterie beobachtet.
Forscher im Exzellenzcluster „The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“ der Uni Hamburg haben erstmals einen dynamischen Quantenphasen-
Abb.: Bei einem herkömmlichen Phasenübergang entsteht oder verschwindet die Ordnung als Funktion beispielsweise der Temperatur (links). Ein dynamischer Phasenübergang findet als Funktion der Zeit statt (rechts; Bild: U. Hamburg)
Ein Phasenübergang ist der Übergang eines Stoffes von einem Aggregatzustand in den anderen, beispielsweise das Gefrieren von Wasser zu Eis. Die Wassermoleküle ordnen sich dabei in Kristallen an und ihr Zustand hat dann eine größere Ordnung. Ein dynamischer Phasenübergang zwischen geordneten und ungeordneten Zuständen ist ein völlig neues Phänomen, das in isolierten Quantensystemen auftauchen kann, die nicht im Austausch von Stoff oder Energie mit ihrer Umwelt stehen. Dabei spielt die Zeit die Rolle des externen Parameters, der beim Wasser-
Um einen solchen dynamischen Phasenübergang in einem Quantensystem zu beobachten, benutzte das Team um Klaus Sengstock, Christof Weitenberg und Ludwig Mathey ultrakalte Atome in einem künstlichen Kristall aus Laserlicht. Dieses optische Gitter für Atome wurde aus dem Gleichgewicht gebracht, sozusagen geschüttelt. Die Forscher ließen das System unterschiedlich lange entwickeln, wobei plötzlich eine neue Ordnung auftauchte. Sie zeigte sich durch quantisierte Wirbel, die nach noch längeren Zeiten plötzlich wieder verschwanden. Das System oszilliert zwischen den beiden Ordnungen.
Die Experimente werfen ein neues Licht auf das Verhalten von Quantenmaterie außerhalb des Gleichgewichts. Sie demonstrieren, dass man viel über grundlegende Eigenschaften von Systemen lernen kann, indem man diese sehr stark anregt. Der Beitrag zur Grundlagenforschung in der Physik erhöht nachhaltig unser Verständnis von dynamischen Vorgängen in Quantensystemen.
UHH / RK
