Ein Wasserstrudel, der statt an einem Badewannenabfluss in einem Wassertropfen rotiert? Das wäre ein ungewöhnliches Phänomen. Noch exotischer muten die winzigen Quantenstrudel an, die sich in kalten Tröpfchen aus flüssigem Helium bilden. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von DESY-Wissenschaftlern hat solche Strudel erstmals in Nanotröpfchen, die einen Durchmesser von nur 0,2 bis 2 tausendstel Millimetern haben, nachgewiesen und charakterisiert. Das Edelgas Helium wird bei minus 269 Grad Celsius flüssig. Unterhalb von minus 271 Grad tritt ein Quanteneffekt auf, durch den das flüssige Helium jede innere Reibung verliert, es wird supraflüssig. In diesem exotischen Zustand kann es sogar Wände hinaufkriechen. Um die Dynamik von supraflüssigem Helium zu erkunden, haben die Forscher winzige Helium-Nanotröpfchen mit dem Röntgenlaser LCLS am US-Beschleunigerzentrum SLAC durchleuchtet. Sie sprühten dazu flüssiges Helium durch eine feine Düse in eine Vakuumkammer. Weil sich die Tröpfchen in der Düse ausdehnen, fangen sie an zu rotieren, und zwar bis zu 14 Millionen Mal pro Sekunde – weit schneller als ein normaler runder Tropfen es nach den Gesetzen der klassischen Physik aushalten könnte. Durch die schnelle Rotation formten sich im Inneren der Nanotröpfchen viele kleine Quantenstrudel. Die Forscher wollen jetzt den Ursprung dieser Quantenrotation verstehen und sie letztlich kontrollieren. Illustration: Künstlerische Darstellung des Gitters aus Quantenstrudeln in einem supraflüssigen Tropfen. SLAC National Accelerator Laboratory

Das Bild ist dem aktuellen DESY-Forschungsmagazin femto entnommen. Das Magazin bietet einen vielfältigen Themenmix: Vom Ursprung unseres Universums und den verborgenen Dimensionen der Quantenwelt reicht das Spektrum bis hin zu Live-Aufnahmen von Atomen und Molekülen in neuen Werkstoffen und biologischen Systemen. Zum kostenlosen Abo

Zur Originalveröffentlichung vom SLAC National Accelerator Laboratory: X-ray Laser Porbes Tiny Quantum Tornadoes in Superfluid Droplets