Theorie und Praxis

Die Physiker Vitali Efimov und Rudolf Grimm haben gemeinsam ein Stück Physik­geschichte geschrieben und erhalten dafür in dieser Woche die Faddeev-Medaille. Vitali Efimov hatte 1970 den später nach ihm benannten Efimov-Effekt entdeckt. Das Innsbrucker Team um Rudolf Grimm konnte 35 Jahre später dieses physikalische Phänomen, dessen Existenz in der Fach­welt lange angezweifelt wurde, erstmals experimentell nachweisen.

Rudolf Grimm und Vitali Efimov erhalten die Auszeichnung morgen Mittwoch, 11. Juli 2018 bei der 22. Inter­nationalen Tagung für Mehr­teilchen­probleme in der Physik in Caen, Frankreich. Vitali Efimov wird für die theoretische Entdeckung ausgezeichnet, dass ein System von drei Bosonen aufgrund von quanten­mechanischen Eigenschaften unendlich viele gebundene Zustände bilden kann, selbst wenn jeweils zwei davon überhaupt keine Bindung eingehen können. Diese Eigenschaft ist heute als Efimov-Effekt bekannt. Rudolf Grimm vom Institut für Experimental­physik der Uni Innsbruck und vom Institut für Quanten­optik und Quanten­information der Öster­reichischen Akademie der Wissenschaften erhält die Medaille für den tatsächlichen Nach­weis dieser Zustände mit einem ultra­kalten Quanten­gas. Die erste experimentelle Bestätigung des Efimov-Effekts wurde 2006 in „Nature“ veröffentlicht.

Es ist eine der großen Geschichten, die die Wissenschaft manchmal schreibt: 1970 hatte ein theoretischer Physiker in Russland eine verblüffend einfache Lösung für ein sehr kompliziertes Problem gefunden. Vitaly Efimov dachte über das Verhalten von drei sich gegen­seitig anziehenden Objekten in der Quanten­welt nach. Während sich die Wechsel­wirkung zwischen zwei Körpern einfach berechnen lässt, zählt das Verhalten mehrerer sich anziehender Körper zu den schwierigen Problemen der Physik. Doch Efimov prophezeite, dass sich drei Teilchen unter Ausnutzung der quanten­mechanischen Eigenschaften zu einem Objekt vereinen können, selbst wenn sie paarweise zu keiner Verbindung imstande sind.

Noch erstaunlicher: Wird die Entfernung zwischen den Teilchen jeweils um einen bestimmten Faktor vergrößert, ergeben sich unendlich viele solcher Efimov-Zustände. Laut dem Theoretiker hat das Phänomen universellen Charakter, gilt also für Teilchen im Atom­kern ebenso wie für molekulare Verbindungen. Diese Aussagen wurden in der wissen­schaftlichen Gemeinde zunächst mit Skepsis aufgenommen. Auch der experimentelle Nachweis wollte lange Zeit nicht gelingen. Doch 35 Jahre nach der Veröffentlichung der theoretischen Vorhersagen durch Vitaly Efimov konnten die Innsbrucker Quanten­physiker um Rudolf Grimm und Hanns-Christoph Nägerl diese besonderen Quanten­zustände erstmals mit experimentellen Daten belegen. Aus der Entdeckung hat sich in der Zwischen­zeit ein ganz neues Arbeitsfeld entwickelt. „Die Existenz des Efimov-Effekts hat unsere Sicht­weise verändert, wie sich das Verhalten von komplexen Vielteilchen­systemen aus elementaren paarweisen Wechsel­wirkungen ergibt“, resümiert Rudolf Grimm.

Die in diesem Jahr erstmals verliehene Auszeichnung ist nach dem im Vorjahr verstorbenen russischen Physiker und Mathematiker Ludvig Faddeev, einer der heraus­ragenden Figuren in der modernen mathematischen Physik, benannt. Vergeben wird die Medaille von der Few-Body Systems Topical Group der American Physical Society und dem European Research Committee on Few-Body Problems in Physics. Die Faddeev-Medaille wird in Zukunft alle drei Jahre vergeben.

U. Innsbruck / DE