Helium im reibungslosen Superlativ

“Wir haben entdeckt, das festes Helium-4 sich ähnlich wie eine reibungslose Superflüssigkeit verhält, wenn es so kalt ist, dass sein Verhalten nur noch durch die Regeln der Quantenmechanik bestimmt werden”, sagt Moses Chan, Physiker an der Penn State University. In der Fachzeitschrift Nature beschreiben Chan und seine Kollegen, wie sie gasförmiges Helium zwischen zwei porösen Glasplättchen mit dem 40 fachen Atmosphärendruck zusammenpressten und fast auf minus 273,15 Grad Celsius abkühlten. Bei diesen Bedingungen liegt das Edelgas als feste Materie, als so genannter Festkörper vor.

Erhöhten die Wissenschaftler den Druck auf 60 Atmosphären, zeigten diese winzigen Heliumkristalle, die in einer Kapsel hermetisch von außen abgeschlossen waren, ein verblüffendes Schwingungsverhalten: Die festen Helium-Partikel
bewegten sich ohne jede Reibung aneinander vorbei – eine Eigenschaft, die für alle bekannten Festkörper vollkommen ausgeschlossen ist. So wie reibungslose Flüssigkeiten als Superflüssigkeiten bezeichnet werden, offenbarte sich den Physikern hier der weltweit erste Superfestkörper.

“Diese mögliche Entdeckung eines neuen Materiezustandes, des Superfestkörpers, ist aufregend und ist ein signifikanter Fortschritt, sobald dieses Ergebnis bestätigt werden kann”, kommentiert John Beamish, Quantenphysiker an der kanadischen University of Alberta, dieses Resultat. Denn vollkommen sicher über diese neue Form der Materie kann sich die Fachwelt erst sein, wenn in einem anderen Labor das gleiche Experiment gelingen sollte.

Zwar spielen auf den ersten Blick diese “Superzustände” von Flüssigkeiten und nun auch Festkörpern in unserer Alltagswelt keine Rolle. Doch für einige komplexe und bisher unverstandene Phänomene im Universum oder bei der Dynamik von fließenden Flüssigkeiten und strömenden Gasen könnte in ihnen der quantenmechanische Schlüssel zur Erklärung liegen. Chan selbst will nun genauer das thermodynamische und das akustische Verhalten seiner superfesten Heliumkristalle untersuchen und hofft auf weitere verblüffende Abweichungen zur “normalen” Welt der Festkörper.