Ultrakalte fermionische Quantengase: von molekularen Bose-Einstein-Kondensaten zu BCS-artigen Supraflüssigkeiten
Prof. Dr. Rudolf Grimm (Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck)

Wenn Fermionen Paare bilden, enstehen dadurch Teilchen mit bosonischem Charakter. Diese Paarbildung ist entscheidend für die makroskopischen Eigenschaften von fermionischen Vielteilchensystemen, wie das wohlbekannte Beispiel von Cooper-Paaren in Supraleitern zeigt.

Experimente an ultrakalten fermionischen Quantengasen haben nach entscheidenden Durchbrüchen der letzen beiden Jahre nun ein Stadium erreicht, in dem Paarbildung und Superfluidität in sehr reinen und exakt definierten Systemen zugänglich sind. Bei Temperaturen im Nanokelvin-Bereich und Dichten, milliardenfach geringer als üblicherweise in kondensierter Materie, lassen sich Paarbildungseffekte und die resultierenden makroskopischen Phänomene in Reinform untersuchen.

Im Vortrag wird ein Überblick über die jüngsten Entwicklungen gegeben und insbesondere über die Innsbrucker Experimente an fermionischen Gasen von ^6Li Atomen berichtet. In einer Laserfalle wird zunächst ein Bose-Einstein-Kondensate von ^6Lithium_2-Molekülen durch Verdampfungskühlung erzeugt. Durch Variation der Wechselwirkungsstärke wird das Kondensate dann sanft in ein fermionisches Quantengas umgewandelt ("BEC-BCS crossover"). Die makroskopischen und mikroskopischen Eigenschaften des Quantengases werden dann u.a. durch die Anregung von kollektiven Schwingungen und eine Hochfrequenzspektroskopie untersucht. Die Resultate liefern überzeugende Hinweise auf die vorhergesagte Hochtemperatur-Superfluidität des stark wechselwirkenden Systems.