Jahrzehntealtes Quantenrätsel gelöst

Physiker der Universität Heidelberg haben einen neuen theoretischen Rahmen entwickelt, der zwei lange konkurrierende Beschreibungen vereint, wie sich eine einzelne Verunreinigung in einer dichten Quantenumgebung verhält.

Zwei konkurrierende Modelle

Die Quanten-Vielteilchenphysik stützte sich lange auf zwei getrennte Modelle:

1. Das Fermi-Polaron-Modell — Eine leichte Verunreinigung bewegt sich durch ein 'Meer' von Fermionen und trägt benachbarte Teilchen mit sich, um ein kombiniertes Quasiteilchen zu bilden.

2. Andersons Orthogonalitätskatastrophe — Wenn eine Verunreinigung extrem schwer und nahezu bewegungslos ist, verändert sie das Quantensystem so dramatisch, dass keine Quasiteilchen entstehen können.

Die Verbindung: Winzige Bewegungen

Das Team entdeckte, dass selbst extrem schwere Verunreinigungen nicht vollständig bewegungslos sind. Diese winzigen Bewegungen erzeugen eine Energielücke, die die Entstehung von Quasiteilchen ermöglicht.

Die Forschung wurde in Physical Review Letters veröffentlicht und ist direkt relevant für Experimente mit ultrakalten Atomgasen, zweidimensionalen Materialien und neuartigen Halbleitern.

Quellen