100 Jahre Sir Nevill Mott - Warum sich Cluster in dichter Materie auflösen

Gerd Röpke

Author: Gerd Röpke & Heidi Reinholz & Ronald Redmer

Universität Rostock

Ein wichtiges Phänomen in Vielteilchensystemen ist die Bildung von gebundenen Zuständen, die die physikalischen Eigenschaften entscheidend prägen. Als Beispiele betrachten wie Atome in Plasmen aus Elektronen und Ionen, Exzitonen in Elektron-Loch-Plasmen in angeregten Halbleitern, Kerne in Systemen aus Nukleonen und die Hadronen im Quark-Gluon-System. Die Auflösung dieser Cluster in ihre elementaren Bestandteile bei anwachsender Dichte wird als Mott-Effekt bezeichnet.
Sir Nevill Mott, der kürzlich 100 Jahre alt geworden wäre, hat in diesem Zusammenhang zu einer Reihe wichtiger Erkenntnisse beigetragen. In Coulomb-Systemen bewirkt das Anwachsen der Abschirmung mit zunehmender Dichte einen Übergang vom dielektrischen zum metallischen Verhalten. Dieser interessante Isolator-Metall- Phasenübergang hat entscheidende Änderungen der Eigenschaften zur Folge, deren Nachweis Ziel gegenwärtiger Experimente in warmer dichter Materie ist.
In Kernmaterie werden bei wachsender Dichte ebenfalls Cluster, wie Deuteronen, Tritonen oder alpha-Teilchen, aufgelöst. Jedoch beruht dieser Mott-Effekt auf dem Pauli-blocking. Eine wichtige Konsequenz ist das Autreten von Quantenkondensaten bei tiefen Temperaturen. Ein interessantes Phänomen ist der Übergang vom Cooper-pairing zur Bose- Einstein-Kondensation im Bereich geringer Dichten und die damit verbundene Bildung eines Kondensates aus alpha-Teilchen. Konsequenzen für das Verhalten von Kernen sowie von Neutronensternen werden diskutiert.