Flüssigkeiten sind gemeinhin zu veränderlich, als dass komplexe Strukturen wie Knoten langfristig stabil bleiben können. Doch es gibt Ausnahmen, wie ein Team um Toni Annala von der Aalto-Universität in Finnland nun nachwies: In manchen Flüssigkeiten kann man einen Wirbel so verknoten, dass er sich nicht wieder löst. Allerdings muss man sich keine Sorgen machen, an einem unerwarteten Knoten im Kaffee zu ersticken. Wie das Team in einer von der Fachzeitschrift »Physical Review Letters« zur Veröffentlichung angenommenen Publikation berichtet, funktioniert das nur in Flüssigkeiten, die makroskopische Quanteneffekte zeigen. Dazu gehören neben Bose-Einstein-Kondensaten auch bestimmte Flüssigkristalle. Dort können sich die Wirbel nicht selbst durchdringen und auf diese Weise den Knoten lösen.

Wirbel in Flüssigkeiten sind im Wesentlichen rotierende Schläuche, und aus denen lassen sich unter bestimmten Bedingungen Knoten formen. Bei einem solchen Knoten handelt es sich um eine geschlossene Schlaufe, die sich selbst so überkreuzt, dass sie sich nicht zu einem einfachen Ring verzerren lässt – zum Beispiel der Kleeblattknoten, den man tatsächlich im Kaffee erzeugen kann. Allerdings zerfallen solche Knoten schnell wieder. Zum einen nämlich können sich die Wirbel hier einfach selbst durchdringen und den Knoten lösen, und zum anderen zerfallen sie schnell in viele einfache, nicht miteinander verbundene Ringwirbel. Schon im 19. Jahrhundert jedoch stellten Fachleute fest, dass solche Knoten in einer idealen Flüssigkeit ohne Reibung mathematisch betrachtet sehr wohl stabil wären.

Bisher allerdings war keine reale Flüssigkeit bekannt, in der sich Wirbel dauerhaft verknoten lassen. Das Team um Annala konnte nun zeigen, dass sich solche Flüssigkeitsknoten realisieren lassen, wenn man Quantenwirbel verwendet. Diese so genannten topologischen Vortices sind keine mechanischen Wirbel, sondern lineare Störungen in der Struktur einer hochgeordneten Flüssigkeit, bei denen es einen Unterschied macht, ob man sie im Uhrzeigersinn umrundet oder entgegengesetzt. Der Trick dabei ist, dass in solchen Systemen eine Vortizität genannte Größe erhalten bleibt, analog zur Energieerhaltung der klassischen Physik. Die Arbeitsgruppe demonstrierte in ihrer Veröffentlichung, dass es in realen, wenn auch exotischen Flüssigkeiten Knoten gibt, die sich nur durch eine Verletzung dieser Erhaltungsgröße lösen lassen. Als Nächstes wollen die Fachleute dann tatsächlich einen Knoten in ein Bose-Einstein-Kondensat machen.