Fermionen-Kondensation

Ein Fermionen-Kondensat (auch Fermi-Kondensat) ist ein durch Fermionen bedingter suprafluider Zustand bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und damit ein Aggregatzustand. Der Effekt beruht analog zum Bose-Einstein-Kondensat von Bosonen auf der Überlagerung der Wellenfunktionen der beteiligten Fermionen, woraufhin diese einen einheitlichen Quantenzustand annehmen. Albert Einstein hatte ihn bereits 1925 vorausgesagt.

Da Fermionen nicht die Tendenz haben, sich zu überlagern, ist dies nur durch eine Entartung in der Spin-Quantenzahl denkbar. Dies wird dadurch erreicht, dass sich je zwei Fermionen (mit Spin ½) zu einem Boson (Spin 1) zusammenschließen, welche dann wiederum zu einem Bose-Einstein-Kondensat kondensieren.

Eine Möglichkeit dafür ist, dass sich Moleküle von zwei Fermionen bilden, die sich als Bosonen verhalten. Bose-Einstein-Kondensate von solchen Molekülen wurden erstmals 2003 nahezu zeitgleich von den Arbeitsgruppen um Rudolf Grimm an der Universität Innsbruck und Deborah Jin am amerikanischen National Institute of Standards and Technology hergestellt.

Im Gegensatz zur Bildung von Molekülen aus zwei Fermionen ist auch denkbar, dass die beiden Fermionen auch über größere Entfernungen wechselwirken, wie dies beispielsweise im analogen Fall der Elektronen (Cooper-Paare) in Supraleitern stattfindet. Erste Schritte in diese Richtung wurden 2004 mit einem ultrakalten Gas aus Kaliumatomen in der Arbeitsgruppe von Deborah Jin gemacht. Ein ähnlicher Effekt ist auch für die Suprafluidität des Helium-Isotops ³He verantwortlich.

Alle diese Phänomene sind nur bei extrem geringen Temperaturen möglich.

Weblinks

• Sechster Aggregatzustand entdeckt – Artikel bei heise online vom 1. Februar 2004
• BEC Made From Fermion Molecules (englisch) – Bericht über die ersten Entdeckungen der Bose-Einstein-Kondensation von Fermionenpaaren in ultrakalten Gasen.
• Observation of Resonance Condensation of Fermionic Atom Pairs (englisch) – Artikel in den Physical Review Letters vom 28. Januar 2004 (Volltext nur für Abonnenten der Zeitschrift, z.B. Universitäten)
• Halfway Across the BEC-BCS Prairie (englisch) – Erklärungen zu dem genannten Artikel