27.04.2026
Mikroskopischer Ursprung eines Quantenphänomens aufgedeckt
Eine gemeinsame theoretische Studie der Universität Innsbruck und der Zhejiang University hat den mikroskopischen Ursprung eines bemerkenswerten Quantenphänomens aufgedeckt: ein periodisch angeregtes Gas aus ultrakalten Atomen, das sich entgegen allen klassischen Erwartungen einfach weigert, sich zu erwärmen.
Stößt man eine Schaukel wiederholt an, schwingt sie immer höher und nimmt dabei immer mehr Energie auf. Ein Quantengas kann sich jedoch ganz anders verhalten.
Bei periodischen Impulsen kann die Quanteninterferenz die Energieaufnahme vollständig zum Erliegen bringen, ein Phänomen, das als dynamische Lokalisierung bekannt ist.
Ob dies auch dann noch gilt, wenn die Teilchen miteinander wechselwirken, war lange Zeit eine offene Frage. Ein Experiment der Forschungsgruppe von Hanns-Christoph Nägerl am Institut für Experimentalphysik im Jahr 2025 bestätigte, dass dies der Fall ist. Die mikroskopischen Gründe blieben jedoch bis jetzt unklar.
Eine theoretische Studie des Teams um Prof. Lei Ying von der Zhejiang University in Zusammenarbeit mit der Gruppe um Prof. Hanns-Christoph Nägerl von der Universität Innsbruck liefert nun die fehlende Erklärung. Das Team entwickelte einen theoretischen Ansatz, der das komplexe periodisch getriebene Vielteilchenproblem in ein handhabbares Gittermodell umwandelt. Dies zeigt, dass Wechselwirkungen eine universelle Potenzgesetzstruktur einführen, die die Lokalisierung neu formt und letztendlich bei mittleren Wechselwirkungsstärken zu deren Zusammenbruch führt.
Die Studie schlägt zudem ein konkretes Experiment mit kalten Atomen vor, um diesen Effekt direkt im Labor zu beobachten, und bietet damit einen praktischen Ansatz zur Erforschung einer der grundlegendsten offenen Fragen der Quantenphysik: Warum weigern sich manche wechselwirkende Quantensysteme schlichtweg, sich zu erwärmen?
"Wir gehen davon aus, dass diese Forschungsrichtung sehr ertragreich sein wird", sagt Prof. Nägerl. "Es ist noch unklar, wie sich unsere Ergebnisse auf zwei- und dreidimensionale Systeme übertragen lassen." Sein Team führt bereits Experimente durch, um genau das zu untersuchen.
Quelle: Universität Innsbruck