Bei sehr tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt treten in Quantengasen Phänomene wie die Bose-Einstein-Kondensation auf, bei der plötzlich alle Teilchen ihre Individualität verlieren und sich wie ein einziges Teilchen zu verhalten beginnen. Die Innsbrucker Forschungsgruppe um den Experimentalphysiker Rudolf Grimm hat drei chemische Elemente erstmals in diesen Zustand versetzt: Cäsium, Strontium und Erbium. Mit Hilfe der ultrakalten Gase können die Wissenschaftler quantentheoretische Überlegungen testen. Während es nämlich schwierig ist, physikalische Phänomene in Festkörpern detailliert zu untersuchen, bieten die in einer Vakuumkammer mit Hilfe von Lasern gefangenen Quantengase einzigartige Möglichkeiten für diese Untersuchungen. Hier können die Teilchenwolken hervorragend kontrolliert und beobachtet und grundlegende Fragen der Physik im Detail studiert werden.

Die Arbeitsgruppe um Rudolf Grimm erforscht komplexes quantenphysikalisches Verhalten in Vielteilchensystemen. Im Mittelpunkt stehen dabei Quantenphänomene, die in konventionellen Systemen schwer zugänglich sind, und ihre Parameterabhängigkeiten. So gelang es der Forschungsgruppe, erstmals Efimov-Zustände zu beobachten und das Phänomen des "Zweiten Schalls" nachzuweisen. Bei Efimov-Zuständen gehen drei Quantenteilchen, so genannte Bosonen, eine Bindung miteinander ein, obwohl ihnen eine paarweise Bindung unmöglich ist. Der "Zweite Schall" ist eine wellenförmig voranschreitende Temperaturveränderung in einem ultrakalten Quantensystem.

Die Schwerpunkte der experimentellen Arbeiten von Rudolf Grimms Team liegen auf fermionischen Teilchensystemen, die sich in ultrakalten Systemen mit kontrollierbaren Wechselwirkungen realisieren lassen, sowie auf Quantensystemen, die aus wenigen stark wechselwirkenden Teilchen zusammengesetzt sind.