Många fenomen i den naturliga världen bevisar symmetrier i deras dynamiska utveckling som hjälper forskare att bättre förstå ett systems inre mekanism. Inom kvantfysik, dock, dessa symmetrier uppnås inte alltid. I laboratorieexperiment med ultrakylda litiumatomer, forskare från Center for Quantum Dynamics vid Heidelberg University har för första gången bevisat den teoretiskt förutsagda avvikelsen från klassisk symmetri. Deras resultat publicerades i tidningen Vetenskap .

"I den klassiska fysikens värld, energin för en idealgas stiger proportionellt med det pålagda trycket. Detta är en direkt följd av skalasymmetri, och samma förhållande är sant i varje skalainvariant system. I kvantmekanikens värld, dock, interaktionerna mellan kvantpartiklarna kan bli så starka att denna klassiska skalasymmetri inte längre gäller, "förklarar docent Dr Tilman Enss från Institute for Theoretical Physics. Hans forskargrupp samarbetade med professor Dr. Selim Jochims grupp vid Institute for Physics.

I deras experiment, forskarna studerade beteendet hos en ultracold, överflödig gas av litiumatomer. När gasen flyttas ur sitt jämviktstillstånd, det börjar upprepade gånger expandera och dra ihop sig i en "andningsrörelse". Till skillnad från klassiska partiklar, dessa kvantpartiklar kan binda i par och som ett resultat, supervätskan blir styvare ju mer den komprimeras. Gruppen som leds av de primära författarna Dr. Puneet Murthy och Dr. Nicolo Defenu - kollegor till prof. Jochim och Dr. Enss - observerade denna avvikelse från klassisk skalasymmetri och verifierade därmed direkt systemets kvantitet. Forskarna rapporterar att denna effekt ger en bättre inblick i beteendet hos system med liknande egenskaper som grafen eller superledare, som inte har något elektriskt motstånd när de kyls under en viss kritisk temperatur.