Dynamische Phasenübergänge sind ein grundlegendes Phänomen in der Natur. Man bezeichnet damit den Übergang eines Stoffes von einem Aggregatzustand in den anderen. Ein bekannter dynamischer Phasenübergang ist z. B. das Kondensieren von Wasserdampf zu Wasser oder das Gefrieren von Wasser zu Eis. Die Erforschung dieser Phasenübergänge ist nicht nur für die Physik, sondern auch für die Klimaforschung, die Medizin oder die Kosmologie von großer Bedeutung.

Atome und Photonen ordnen sich zu einem Kristall

Um die Quantenmaterie zu erzeugen, haben die Forscher ein ultrakaltes atomares Gas zwischen extrem gut reflektierende Spiegel gebracht und dieses von der Seite mit Laserlicht beleuchtet. Ist die Beleuchtung stark genug, kommt es zur Ausbildung eines neuen Aggregatzustands, der superradianten Phase, bei dem Licht und Materie aufs Engste verschränkt sind: Die Lichtteilchen (Photonen) werden dabei vielfach von den Atomen absorbiert und wieder ausgesendet, sodass sich die Atome und Photonen spontan in eine kristalline Struktur anordnen. Die Beobachtungen der Forscher beim Auftreten der Superradianz können helfen, die komplexen dynamischen Vorgänge bei Phasenübergängen noch besser zu verstehen.

Original-Artikel: Dynamical phase transition in the open Dicke model, Jens Klinder, Hans Keßler, Matthias Wolke, Ludwig Mathey, and Andreas Hemmerich, PNAS March 2015, http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1417132112