Zwischen Fermion und Boson

Ein quantenoptisches Experiment soll Quasiteilchen mit anyonischer Statistik erzeugen.

Bei der Vertauschung zweier identischer Teilchen tritt deren Quantennatur zutage – bei Bosonen ändert sich der Quantenzustand nicht, bei Fermionen ändert sich jedoch das Vorzeichen (er erhält eine Phase von π). Seit den 1980er Jahren wird eine dritte fundamentale Teilchensorte postuliert: Die Anyonen liegen mit ihrer Quantenstatistik genau zwischen Bosonen und Fermionen – mit einer Phase zwischen 0 und π. Bislang konnten solche Teilchen in der Natur jedoch noch nicht nachgewiesen werden.

Einem internationalen Forscherteam ist es nun gelungen, ein realistischen Experiment vorzuschlagen, mit welchem Anyonen künstlich erzeugt werden können. Die Physiker entwickelten das Design für ein Experiment, bei dem Atome in einem eindimensionalen optischen Gittern eingefangen werden. Die Anregungen dieses Vielteilchensystems sind delokalisierte Quasiteilchen, deren Statistik durch externe Lichtfelder beeinflusst werden kann. Bei entsprechender Wahl der experimentellen Parameter werden auf diese Weise Anyonen erzeugt.

Durch die Kontrolle über das Lichtgitter und die Wechselwirkung der Teilchen kann die Quantenstatistik während des Experiments zwischen verschiedenen Anyonen und sogar den Extrempunkten – den Bosonen und Fermionen – kontinuierlich verändert werden. Ausgehend von bosonischen Atomen könnte der Charakter der Teilchen in der Falle bis hin zu fermionischem Verhalten verwandelt werden, was eine neue Art Phasenübergang darstellen könnte.

LMU / KK