Helium ist ein ganz besonderes Element. Das inerte Gas, mit dem wir bei Zimmertemperatur Luftballons aufblasen, zeigt bei sehr tiefen Temperaturen ein seltsames Verhalten: Während alle anderen bekannten Stoffe beim Abkühlen zunächst flüssig werden und dann gefrieren, ist Helium das einzige Element, das unter normalen Druckverhältnissen nicht fest wird. Statt dessen macht es etwa zwei Grad über dem Nullpunkt (also bei minus 271 Grad) eine bizarre Verwandlung mit: Aus flüssigem Helium wird "suprafluides" Helium.

In diesem suprafluiden Zustand besitzt die Flüssigkeit keine innere Reibung mehr und auch keine Oberflächenspannung. Auf einer glatten Fläche ausgeschüttet, bildet sie keine Pfütze, sondern breitet sich immer weiter aus. Wenn man sie in Drehung versetzt, rotiert sie weiter bis in alle Ewigkeit. Und sie kann sogar die Wände eines Bechers hoch- und über den Rand hinwegkriechen.

Das alles weiß man seit 1938. Die Erforschung des suprafluiden Heliums wurde bereits mit mehreren Nobelpreisen gewürdigt. Allerdings gelten all diese Erkenntnisse nur für "normales" Helium mit dem Atomgewicht 4. Es gibt aber noch das Isotop Helium-3, dessen Kern aus zwei Protonen und einem Neutron besteht. Und bei Helium-3 ist alles anders: Bis in die siebziger Jahre ging man davon aus, daß dieses Isotop bei großer Kälte kein ungewöhnliches Verhalten zeigen würde.

Der Grund dafür liegt in den Gesetzen der Quantenmechanik: Helium-4 hat einen ganzzahligen Gesamtspin und gehört deshalb zur Klasse der Bosonen, Helium-3 ist dagegen ein sogenanntes Fermion. Und für Fermionen gilt die sogenannte Einstein-Bose-Statistik nicht, mit deren Hilfe sich die Kapriolen von Helium-4 erklären lassen.

1971 entdeckten nun aber die diesjährigen Nobelpreisträger David Lee, Douglas Osheroff und Robert Richardson im Tieftemperaturlabor der amerikanischen Cornell-Universität, daß auch Helium-3 in einen suprafluiden Zustand versetzt werden kann - und zwar bei einer Temperatur von zwei Tausendstel Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Das mag für uns Normalmenschen kein großer Unterschied sein - tatsächlich aber ist es tausendmal kälter als der Übergangspunkt von Helium. Winzige Sprünge in einer Druckkurve, die sie mit ihrem selbstgebauten Apparat gemessen hatten, führten die Forscher auf die richtige Fährte.

Bald nach der Entdeckung gab es auch eine Erklärung für dieses unerwartete Phänomen: Zwei Helium-3-Atome können sich zu einem Paar zusammenschließen, das dann über einen ganzzahligen Spin verfügt und sich wie ein Boson verhält. Etwas Ähnliches passiert, wenn sich in stark gekühlten Metallen zwei Elektronen zu einem sogannten Cooper-Paar vereinigen. Das Metall wird supraleitfähig.