Alla som kommer in i kvantfysikens värld måste förbereda sig på en hel del okända saker i vardagen:Ädelgaser bildar föreningar, atomer beter sig som partiklar och vågor samtidigt och händelser som i den makroskopiska världen utesluter varandra inträffar samtidigt.

I kvantfysikens värld, Reinhard Dörner och hans team arbetar med molekyler som – enligt de flesta läroböcker – inte borde existera:Heliumföreningar med två atomer, känd som heliumdimerer. Helium kallas en ädelgas just för att den inte bildar några föreningar. Dock, om gasen kyls ner till bara 10 grader över absolut noll (minus 273 ° C) och sedan pumpas genom ett litet munstycke till en vakuumkammare, vilket gör det ännu kallare, då bildas — mycket sällan — sådana heliumdimerer. Dessa är oöverträffat de svagaste bundna stabila molekylerna i universum, och de två atomerna i molekylen är på motsvarande sätt extremt långt ifrån varandra. Medan en kemisk förening av två atomer vanligtvis mäter cirka 1 ångström (0,1 nanometer), heliumdimerer mäter i genomsnitt 50 gånger så mycket, dvs 52 ångström.

Forskarna i Frankfurt bestrålade sådana heliumdimerer med en extremt kraftfull laserblixt, som något snodde bindningen mellan de två heliumatomerna. Detta var tillräckligt för att få de två atomerna att flyga isär. De såg då – för allra första gången – heliumatomen flyga iväg som en våg och spela in den på film.

Enligt kvantfysiken, objekt beter sig som en partikel och en våg samtidigt, något som är mest känt från ljuspartiklar (fotoner), som å ena sidan lägger sig över varandra som vågor där de kan staplas upp eller släcka varandra (störningar), men å andra sidan som "solvind" kan driva fram rymdfarkoster via sina solsegel, till exempel.

Att forskarna kunde observera och filma heliumatomen som flyger iväg som en våg överhuvudtaget i deras laserexperiment berodde på att heliumatomen bara flög iväg med en viss sannolikhet:Med 98 procents sannolikhet var den fortfarande bunden till dess andra heliumpartner, med 2 procents sannolikhet flög den iväg. Dessa två heliumatomvågor — här kommer det, kvantfysik! – överlagra, och deras störningar kunde mätas.

Mätningen av sådana "kvantvågor" kan utvidgas till kvantsystem med flera partners, såsom heliumtrimeren som består av tre heliumatomer. Heliumtrimeren är intressant eftersom den kan bilda vad som kallas ett "exotiskt Efimov-tillstånd, säger Maksim Kunitski, första författare till studien:"Sådana trepartikelsystem förutspåddes av den ryske teoretikern Vitaly Efimov 1970 och bekräftades först på cesiumatomer. För fem år sedan, vi upptäckte Efimov-tillståndet i heliumtrimeren. Den laserpulsbestrålningsmetod som vi nu har utvecklat kan göra det möjligt för oss att i framtiden observera bildandet och förfallet av Efimov-system och därmed bättre förstå kvantfysikaliska system som är svåra att komma åt experimentellt."