In het laboratorium van de Universiteit van Innsbruck vormden cesiumatomen, afgekoeld tot enkele miljardsten van een graad boven het absolute nulpunt, plotseling ongewone gebonden toestanden — Bethe-snaren. Deze kwantumclusters, die Hans Bethe al in 1931 voorspelde, bestonden bijna een eeuw lang alleen op papier en in indirecte waarnemingen in magnetische materialen.
Onder leiding van Hanns-Christoph Nägerl verdeelden wetenschappers de atoomwolk in duizenden smalle eendimensionale buisjes. Binnen elk buisje konden de atomen zich slechts langs één lijn bewegen. Vervolgens veranderden de onderzoekers geleidelijk de wisselwerking tussen de atomen — van afstotend naar aantrekkend. In plaats van de verwachte ineenstorting van het gas ontstonden gebonden groepen deeltjes van verschillende grootte, waaronder clusters van zes en meer atomen.
Anders dan bij gewone moleculen, waar deeltjes door chemische bindingen bijeen worden gehouden, ontstaan Bethe-snaren uitsluitend uit kwantumwisselwerkingen en bestaan ze alleen in één dimensie. Hun stabiliteit werd op twee manieren getest: in eendimensionale buisjes bleven de clusters zelfs bij botsingen behouden, maar wanneer de beperking werd opgeheven en ze zich in de driedimensionale ruimte konden uitspreiden, vielen ze uiteen en kwam de bindingsenergie vrij.
Metingen van de bindingsenergie, de impulsverdeling en het Tan-contact bevestigden de aanwezigheid van grote snaren. De resultaten kwamen exact overeen met de voorspellingen van de gegeneraliseerde hydrodynamica. Het experiment toonde aan dat in een gecontroleerde omgeving van ultrakoud gas complexe kwantumtoestanden kunnen worden gecreëerd en bestudeerd die in andere systemen niet toegankelijk zijn.
De ontdekking opent de weg naar onderzoek van kwantumcoherentie, niet-lineaire dynamica en thermalisatie in sterk wisselwerkende eendimensionale systemen. Nu kunnen natuurkundigen deze toestanden manipuleren, ze laten botsen en hun stabiliteit onder laboratoriumomstandigheden testen.
