Helium bildet „unmögliches“ Trio


Efimov-Trimer: Die Heliumatome sind extrem weit voneinander entfernt und bilden ein gleichschenkliges Dreieck. © Goethe Universität Frankfurt
Nach der klassischen Physik dürfte es sie nicht geben: Zum ersten Mal haben Forscher sogenannte Efimov-Trimere experimentell nachgewiesen. In diesem exotischen Zustand bilden Atome im angeregten Zustand Dreierpaare, die ungewöhnlich weit voneinander entfernt liegen – und eigentlich nicht stabil gebunden sein dürften. Dieser durch Quanteneffekte erzeugte Zustand war schon lange theoretisch postuliert, ließ sich aber bis jetzt nicht direkt nachweisen, so die Forscher im Fachmagazin „Science“.


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Unter gleichen Atomen sind Zweierpaare keine Besonderheit, sie finden sich beispielsweise als Sauerstoffmoleküle (O2) in unserer Atemluft. Anders sieht dies mit Dreier-Verbindungen aus: Sie stellen ein Dreikörperproblem dar, für das es in der Quantenphysik lange Zeit keine Lösung gab. 1970 dann postulierte der theoretische Physiker Vitaly Efimov ein Modell, nachdem drei gleiche Elementarteilchen im angeregten Zustand sogar eine unendliche Anzahl von gebundenen Zuständen einnehmen können.

Jenseits der klassischen Physik

Bei diesen Efimov-Trimeren reicht die Bindungsenergie gerade aus, um die Teilchen in großem Abstand lose aneinander zu binden, nicht aber, um zwei Atome enger zusammenzukoppeln. „Jede klassische Annahme, warum eine solche Struktur stabil bleiben sollte, versagt hier“, erklärt Seniorautor Reinhard Dörner vom Institut für Kernphysik der Goethe-Universität Frankfurt.

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