Fermionen-Kondensat

Ein Fermionen-Kondensat (auch Fermi-Kondensat) ist ein durch Fermionen bedingter suprafluider Aggregatzustand bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. 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.

Erzeugung

Fermionen überlagern sich nicht (Pauli-Prinzip), es ist also 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 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.

Siehe auch

• Fermigas

Weblinks

• Sechster Aggregatzustand entdeckt, Artikel bei heise online vom 1. Februar 2004
• Phil Schewe, James Riordon, Ben Stein: BEC Made From Fermion Molecules. In: Physics News Update 663 #1. American Institute of Physics, 25. November 2003, archiviert vom Original am 8. Juli 2008; abgerufen am 10. Juli 2016 (englisch, Bericht über die ersten Entdeckungen der Bose-Einstein-Kondensation von Fermionenpaaren in ultrakalten Gasen). 
• Observation of Resonance Condensation of Fermionic Atom Pairs, Artikel in den Physical Review Letters vom 28. Januar 2004 (Volltext nur für Abonnenten der Zeitschrift, z. B. Universitäten) (englisch)
• Phil Schewe, James Riordon, Ben Stein: Halfway Across the BEC-BCS Prairie. In: Physics News Update 671 #1. American Institute of Physics, 30. Januar 2004, archiviert vom Original am 1. Oktober 2009; abgerufen am 10. Juli 2016 (englisch, Erklärungen zu dem genannten Artikel).