Veel fenomenen van de natuurlijke wereld bewijzen symmetrieën in hun dynamische evolutie die onderzoekers helpen om het innerlijke mechanisme van een systeem beter te begrijpen. In de kwantumfysica, echter, deze symmetrieën worden niet altijd bereikt. In laboratoriumexperimenten met ultrakoude lithiumatomen, onderzoekers van het Center for Quantum Dynamics aan de Universiteit van Heidelberg hebben voor het eerst de theoretisch voorspelde afwijking van de klassieke symmetrie bewezen. Hun resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

"In de wereld van de klassieke natuurkunde, de energie van een ideaal gas stijgt evenredig met de uitgeoefende druk. Dit is een direct gevolg van schaalsymmetrie, en dezelfde relatie is waar in elk schaalinvariant systeem. In de wereld van de kwantummechanica, echter, de interacties tussen de kwantumdeeltjes kunnen zo sterk worden dat deze klassieke schaalsymmetrie niet meer geldt, " legt Associate Professor Dr. Tilman Enss van het Institute for Theoretical Physics uit. Zijn onderzoeksgroep werkte samen met de groep van professor Dr. Selim Jochim aan het Institute for Physics.

In hun experimenten, bestudeerden de onderzoekers het gedrag van een ultrakoude, supervloeibaar gas van lithiumatomen. Wanneer het gas uit zijn evenwichtstoestand wordt gehaald, het begint herhaaldelijk uit te zetten en samen te trekken in een "ademende" beweging. In tegenstelling tot klassieke deeltjes, deze kwantumdeeltjes kunnen in paren binden en, als resultaat, het superfluïde wordt stijver naarmate het meer wordt samengedrukt. De groep onder leiding van de primaire auteurs Dr. Puneet Murthy en Dr. Nicolo Defenu - collega's van Prof. Jochim en Dr. Enss - observeerden deze afwijking van de klassieke schaalsymmetrie en verifieerden daarmee direct de kwantumaard van dit systeem. De onderzoekers melden dat dit effect een beter inzicht geeft in het gedrag van systemen met vergelijkbare eigenschappen zoals grafeen of supergeleiders, die geen elektrische weerstand hebben wanneer ze onder een bepaalde kritische temperatuur worden gekoeld.