Physik Bizarrer Quanteneffekt ganz groß


Mit einem ungewöhnlichen Experiment wollen Physiker in Potsdam einen Quanteneffekt sichtbar machen: Sie planen, zwei Spiegel, die mehrere Kilo wiegen, quantenmechanisch zu "verschränken". Falls dies gelingt, wäre es eine wissenschaftliche Sensation.

Als Schattenwelt voller geisterhafte Phänomene beschreibt Karsten Danzmann sein Forschungsgebiet. "Viele Jahre dachte man, Quantenmechanik gilt nur für Elementarteilchen, man konnte die Effekte nicht sehen", sagt Karsten Danzmann . Er leitet das Albert-Einstein-Instituts (AEI) in Hannover, die experimentelle Abteilung des Potsdamer Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik. Mit einem ungewöhnlichen Versuch wollen Danzmann und seine Kollegen belegen, dass sich ein besonders bizarrer Effekt der Quantenmechanik auch in der Welt der großen Dinge bemerkbar macht. Sie wollen zwei mehrere Kilogramm schwere Spiegel quantenmechanisch verschränken, also quasi in telepatische Zwillinge verwandeln, die sich wie von Zauberhand gesteuert genau synchron verhalten. "Sollte das gelingen, wäre das eine kleine Sensation", sagt Roman Schnabel, der Projektleiter am AEI. Nach Ansicht der Forscher könnte ihr Experiment dazu beitragen, einen großen Traum der Physik zu erfüllen: Die Relativitätstheorie und Quantenmechanik zusammenzuführen - also die zwei Gedankengebäude, mit denen sich die gesamte physikalische Welt beschreiben lässt.

Ein merkwürdiges Phänomen

Die Quantenverschränkung gehört zu den faszinierendsten und merkwürdigsten Phänomenen der Physik. Albert Einstein nannte sie die "spukhafte Fernwirkung". Schnabel erklärt sie an einem Beispiel: "Angenommen zwei Menschen würfeln in zwei getrennten Räumen. Die Augenzahl wäre zwar jedes Mal Zufall, aber bei beiden immer genau gleich - und zwar augenblicklich - auch wenn sie Lichtjahre voneinander entfernt sind." Bisher gelang es Wissenschaftlern, kleine Elementarteilchen wie Atome miteinander zu verschränken. Doch die "spukhafte Fernwirkung" bei großen Objekten nachzuweisen, hielten viele Forscher erst in ferner Zukunft für möglich - wenn überhaupt. "Es gibt eine viel beachtete These, wonach Quanteneffekte bei großen Objekten deshalb nicht zu sehen sind, weil die Schwerkraft der Objekte sie zerstört", erklärt Schnabel. Das wollen die Forscher jetzt widerlegen: Sie hängen zwei Handteller-große Spiegel an Pendeln in einer zehn Meter lange Vakuumkammer auf und lenken durch einen Strahlteiler einen Laser auf sie. Der Druck des Lichtes lässt die Spiegel Pendelbewegungen ausführen - rein zufällige, denn Licht flackert immer ein wenig. Gleichzeitig wirkt die Pendelbewegung auf das Laserlicht zurück und verändert seine Schwingung. Spiegel und Laser bilden eine verkoppelte Einheit.

"Das Licht dient gleichzeitig als Werkzeug und Messmechanismus", erklärt Danzmann. Denn messen wollen die Wissenschaftler anhand von Lichtmustern, die das gespiegelte und wieder durch den Strahlteiler zurückgeleitete Laserlicht bildet. Diese Interferenzen ermöglichen zu jedem Zeitpunkt eine exakte Bestimmung von Ort und Geschwindigkeit der pendelnden Spiegel. Gelingt die Verschränkung, müssten die sich unvorhersehbar, aber "in völligem Gleichtakt, also perfekt synchron" bewegen, so Schnabel. Die große Herausforderung bei dem Experiment liegt in der Verhinderung störender Einflüsse wie Luftreibung, Schall und Erschütterungen. "Schon wenn jemand neben der Vakuumkammer spricht, kann der Effekt zunichte gemacht werden", sagt Schnabel. Deshalb verwenden die Wissenschaftler Superspiegel aus einem hochreinem Kristall wie Silizium, vibrationsschützend an einer Mehrfachaufhängung befestigt. Außerdem sollen die Versuche bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von minus 273 Grad ablaufen, um die Wärmebewegung der Atome im Kristall gering zu halten. Bis Ende des Jahres soll die Versuchsanordnung aufgebaut sein, 2009 die Messungen beginnen. Erste Ergebnisse könnten 2010 vorliegen.

Hendrik Klein/DPA DPA

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