Bose-Einstein-condensaten worden vaak beschreven als de vijfde toestand van de materie:bij extreem lage temperaturen, gasatomen gedragen zich als een enkel deeltje. De exacte eigenschappen van deze systemen zijn notoir moeilijk te bestuderen. In het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , de kwantumfysicus Christian Schilling van de Ludwig Maximilian Universiteit München en zijn medewerkers van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) hebben een nieuwe benadering voorgesteld om deze kwantumsystemen effectiever en uitgebreider te beschrijven.

Onderzoek naar de exotische toestand van materie gaat terug tot Albert Einstein, die in 1924 het theoretische bestaan ​​van Bose-Einstein-condensaten voorspelde. "Er werden veel pogingen ondernomen om hun bestaan ​​experimenteel te bewijzen, " zegt Dr. Carlos Benavides-Riveros van het Institute of Physics bij MLU. Tot slot, in 1995, onderzoekers in de VS zijn erin geslaagd om de condensaten in experimenten te produceren. In 2001 ontvingen ze de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun werk. Vanaf dat moment, natuurkundigen over de hele wereld hebben gewerkt aan manieren om deze systemen beter te definiëren en te beschrijven, waardoor hun gedrag nauwkeuriger kan worden voorspeld.

Dit vereist normaal gesproken complexe vergelijkingen en modellen. "In de kwantummechanica, de Schrödingervergelijking wordt gebruikt om systemen te beschrijven met veel interagerende deeltjes. Maar omdat het aantal vrijheidsgraden exponentieel toeneemt, deze vergelijking is niet eenvoudig op te lossen. Dit is het zogenaamde veellichamenprobleem en het vinden van een oplossing voor dit probleem is een van de grootste uitdagingen van de theoretische en computationele fysica van vandaag, " legt Benavides-Riveros uit. De samenwerking onder leiding van Schilling heeft nu een methode naar voren gebracht die relatief eenvoudig is. "Een van onze belangrijkste inzichten is dat de deeltjes in het condensaat alleen in paren op elkaar inwerken, ", zegt co-auteur Jakob Wolff van MLU. Hierdoor kunnen deze systemen worden beschreven met behulp van eenvoudigere en meer gevestigde methoden.

"Onze theorie is in principe exact en kan worden toegepast op verschillende fysieke regimes en scenario's, bijvoorbeeld sterk interagerende ultrakoude atomen. En het lijkt erop dat het ook een veelbelovende manier zal zijn om supergeleidende materialen te beschrijven, " besluit Jakob Wolff.