Quanten-Zauberei

Quanten-Zauberei

Like This Video 4 susanne
Added by 10. Januar 2016

Physiker delokalisieren Moleküle in Materiewellen-Interferometern

 

Der Quanten-Nanooptiker Markus Arndt delokalisiert Materieteilchen. Mit seinen Versuchsaufbauten weist er nach, dass deren Ort in der Quantenwelt nicht eindeutig bestimmt ist, sich das Teilchen also an verschiedenen Orten gleichzeitig befindet. Mit einem organischen Molekül aus 800 Atomen hält ein von Arndt koordiniertes europäisches Team den Weltrekord für das größte jemals delokalisierte Teilchen.

 

Link-Empfehlungen der Redaktion zum Thema:

„Quanten-Jongleure“ – zu unserem Bonus-Talk mit Markus Arndt, der hier weitere Infos zu seinen Experimenten gibt und auch die Frage beantwortet, wie seine Versuche die Theorie der Quantenphysik beeinflussen.

Mehr über die experimentelle Forschung mit Quantenspins und zu den Möglichkeiten Quantensysteme zu kontrollieren in unserer Reportage „Quanten-Tuning“.

In unserem „Talk: Kommen die Quanten-Designer?“ spricht Prof. Steffen Glaser von der TU München über die Entwicklungs-Perspektiven der Quantensteuerung auf dem Weg zur Anwendung.

 

Mehr Infos zum Inhalt des Videos:

Wien gilt heute als ein internationales Zentrum der experimentellen Quantenphysik. Die Fakultät der Physik hat große Tradition; hier lehrten Größen wie Ludwig Boltzmann oder Erwin Schrödinger, ein Vater der Quantentheorie. Mit dem Physiker Anton Zeilinger hat sie Weltruhm in experimenteller Quantenphysik erhalten. Markus Arndt war bei ihm als Post-Doc tätig, bevor er ebenfalls in Wien eine Professur erhielt. Sein Forschungsfeld ist die Delokalisierung von Materie, für die er mit einer Gruppe von Jungforschern neuartige Materiewellen-Interferometer entwickelt.

In der strikten Isolation eines Hochvakuums offenbart die Quantenwelt, dass Materie nicht nur aus Teilchen besteht, sondern gleichzeitig ein Wellenphänomen ist. In den Versuchsanordnungen nutzen die Forscher um Arndt Werner Heisenbergs „Unschärfe-Relation“. Sie besagt, dass man in der Quantenwelt von zusammenhängenden physikalischen Eigenschaften immer nur eine Größe – beispielsweise den Ort oder aber den Impuls eines Teilchens – eindeutig bestimmen kann. Misst man eine, wird die andere „unscharf“: Sie wird zu einer nur statistisch fassbaren Größe. An einem sehr feinen Gitter mit Öffnungen in der Größe von zehntausendstel Millimetern zwingt der Experimentator jedes Molekül im Gitter an einen präzisen Ort. Dadurch wird der zugehörige Impuls in gewissem Grad prinzipiell „unbestimmt“ – hat keine wohldefinierte Realität mehr: Jedes Teilchen verhält sich dann so, als ob es in mehrere Richtungen zugleich fliegen würde. Das beweist der Experimentator, indem er die an verschiedenen „virtuellen“ Orten delokalisierten Moleküle nun durch ein zweites Nanogitter fliegen lässt. Dahinter entstehen durch die Wellennatur der delokalisierten Teilchen: die für Licht schon seit zwei Jahrhunderten bekannten Interferenzmuster.

Die Wiener Wissenschaftler entwickeln bereits neue Experimentalanordnungen, mit denen noch deutlich größere Moleküle und Nanoteilchen delokalisiert werden sollen. Ob es eine Massengrenze der Quantenphysik gibt, ist eine Frage, die heute theoretisch noch nicht eindeutig geklärt ist. Die Quantenwelt könnte „grenzenlos“ sein – unter allem liegen, was wir Wirklichkeit nennen. Dann stellt sich die Frage: Warum sehen wir von solchen Quantenphänomenen nichts in der von uns wahrnehmbaren Realität? Die Dekohärenz-Theorie rechnet mit einer erweiterten Schrödinger-Gleichung vor, warum das so ist: Kein Objekt ist je perfekt isoliert. In der Alltagsumgebung wechselwirken Quanten laufend miteinander, etwa mit Molekülen der Luft. Der Physiker bezeichnet dieses Phänomen als „Quantenverschränkung“. Quantenphysikalische Phänomene sind demnach zwar überall in unserer Welt vorhanden, aber im Alltag nicht mehr zu beobachten, weil sie sich in zu viele Wechselwirkungspartner verlieren. Neben der Dekohärenz als inzwischen etabliertem Teil der Quantenphysik, so vermuten manche Wissenschaftler, könnte es weitere, bislang noch unbekannte Effekte in der Quantendynamik geben. Es geht dabei um sehr massive Objekte wie Viren und Bakterien. Es wäre möglich, dass deren Quantendynamik durch bisher unbekannte Teilchen oder Felder – vielleicht auch durch die Gravitation – verändert wird. An ersten Konzeptionen für den Nachweis besonders großer Moleküle in Experimentalanordnungen, die die Kollapstheorie beeinflussen, arbeitet das Team in Wien bereits. Bis diese Versuche zu „harten“ wissenschaftlichen Ergebnissen führen, wird es aber noch etliche Jahre dauern.

Susanne Päch berichtet in ihrer Reportage über die Experimente von Markus Arndt und seinen Post-Docs in Wien – und wirft mit dem Quantenforscher auch einen kurzen Blick auf die philosophischen Implikationen dieser Theorie, für die Erkenntnistheoretiker seit vielen Jahrzehnten nach einer Erklärung suchen. Ein Bonus-Talk mit Markus Arndt über die Quantenexperimente zur Delokalisierung ist in unserem YouTube-Kanal zu sehen, das Gespräch mit ihm über die theoretischen Grundlagen und deren philosophische Interpretationen senden wir in Kürze.

Erstsendung: Januar 2016

© 2016 mce mediacomeurope GmbH

4 Comments

  1. Heinz Timmer
    Heinz Timmer 11 Januar, 2016, 14:49

    Hallo Leute,

    Danke für diesen Beitrag. Umfassend und verständlich, auch für einfache Interessierte, ohne wissenschaftliche Ausbildung wie ich.
    Über weitere Beiträge wie dieser würde ich mich riesig freuen.

    Heinz Timmer / Le poujol-sur-Orb / Frankreich

  2. Susanne
    Susanne 11 Januar, 2016, 15:46

    Die Redaktion dankt für das nette Lob!

Write a Comment

Your data will be safe!

Your e-mail address will not be published. Also other data will not be shared with third person.
Required fields are marked*