Oscillating Quasiparticles: the cycle of decay and rebirth

Immortal quantum particles

„Welche Prozesse das Schicksal dieser Quasiteilchen in wechselwirkenden Systemen im Detail beeinflussen, war bisher allerdings nicht bekannt“, berichtet Pollmann. „Erst jetzt verfügen wir über numerische Methoden, mit denen wir komplexe Wechselwirkungen berechnen können und außerdem über Computer, die leistungsfähig genug sind, diese Gleichungen zu lösen.“

„Das Ergebnis der aufwendigen Simulation: Quasiteilchen zerfallen zwar, aus den Bruchstücken entstehen aber neue, identische Teilchengebilde“, sagt Erstautor Ruben Verresen. „Wenn dieser Zerfall sehr schnell abläuft, kommt es nach einer gewissen Zeit zu einer Umkehrung der Reaktion, und die Trümmer finden sich wieder zusammen. Dieser Prozess kann sich unendlich wiederholen, es entsteht eine anhaltende Schwingung zwischen Zerfall und Wiedergeburt.“

Diese Schwingung ist physikalisch betrachtet eine Welle, die in Materie umgewandelt wird – was gemäß dem quantenmechanischen Welle-Teilchen-Dualismus möglich ist. Damit verstoßen die unsterblichen Quasiteilchen auch nicht gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Ihre Entropie bleibt konstant, der Zerfall ist gestoppt.

Die Entdeckung erklärt auch Phänomene, die bisher rätselhaft waren. Experimentalphysiker hatten gemessen, dass die magnetische Verbindung Ba₃CoSb₂O₉ erstaunlich stabil ist. Magnetische Quasiteilchen, die Magnonen, sind dafür verantwortlich. Andere Quasiteilchen, die Rotonen, sorgen dafür, dass Helium, an der Erdoberfläche ein Gas, am absoluten Nullpunkt eine Flüssigkeit wird, die widerstandslos fließen kann.

„Unsere Arbeit ist reine Grundlagenforschung“, betont Pollmann. Es sei aber gut möglich, dass die Ergebnisse eines Tages auch Anwendungen erlauben – beispielsweise den Bau langlebiger Datenspeicher für zukünftige Quantencomputer.