Gefangen zwischen den Dimensionen
Das Leben in einer rein ein- oder zweidimensionalen Welt ist mehr als nur ein theoretisches Konzept oder Science-Fiction. Mit Hilfe moderner Lasertechniken sind Physiker in der Lage kleine Atomwolken so zu fangen, dass sie sich verhalten als ob sie sich in einer rein ein- oder zweidimensionalen Welt befänden. Die Eigenschaften der Atome hängen demnach stark von der Dimension ab. Während bosonische Atome in einer dreidimensionalen Welt unterhalb einer kritischen Temperatur ein Bose-Einstein-Kondensat bilden, existiert dieser außergewöhnliche Quantenzustand in einer Dimension nicht. Was aber geschieht, wenn mehrere eindimensionale Atomketten miteinander verbunden sind, und somit die Atome zwischen den Ketten hin und her hüpfen können? Die 3D- und 1D-Eigenschaften treten hierdurch in Konkurrenz zueinander.
In einer kombinierten experimentellen und theoretischen Studie haben Physiker der Technischen Universität Kaiserslautern nun diesen Phasenübergang von einer Dimension nach drei Dimensionen im Detail untersucht. Sie konnten quantitativ zeigen, dass die Kopplung zwischen den Ketten eine kritische Stärke überschreiten muss, ab welcher die Atome ein Bose-Einstein-Kondensat bilden und somit vollständigen dreidimensionalen Charakter erwerben. Die dadurch gewonnenen Erkenntnisse können zum besseren Verständnis einer interessanten Klasse von Materialien mit ungewöhnlichen Eigenschaften führen, die vermutlich mit einem effektiv eindimensionalen Verhalten verknüpft sind. Die Arbeit wurde jetzt in der hoch angesehenen Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.