Quanten im Blitzlicht

Foto: Makroskopischen Objekt

Dieses Verfahren soll eine bisher unerreichte Genauigkeit für derzeitige Experimente liefern, die die Grenzen zwischen Quantenwelt und "klassischer Welt" hin zu immer größeren Objekten verschieben. Ein internationales Team um Forscher des Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien präsentiert diese neue Methode.

Eine der faszinierendsten und noch immer offenen Fragen der modernen Physik ist, inwieweit Quantenphänomene an Objekten unserer Alltagswelt beobachtbar sind. Um dies zu beantworten, werden Quantenexperimente an immer größeren und schwereren Objekten durchgeführt. Und da bedarf es einiger Tricks, denn je größer und schwerer die im Experiment verwendeten Objekte sind, umso schwieriger wird es, Quanteneffekte sichtbar zu machen.

Die von den Forschern präsentierte Methode der "gepulsten Quanten-Optomechanik" verwendet Lichtpulse, ähnlich einem Blitzlicht, die für Quantenmessungen an großen Objekten eine bislang unerreichte Genauigkeit ermöglichen. Die Funktionsweise des neuen Schemas beruht darauf, dass sich Quantenobjekte, im Widerspruch zu den Gesetzen der klassischen Physik, unter Beobachtung anders verhalten als im unbeobachteten Zustand.

"Derzeit werden Objekte in solchen Experimenten kontinuierlich beobachtet. Dadurch werden allerdings die meisten Quantenphänomene verwaschen, ähnlich wie bei einem verschwommenen Foto einer schnellen Bewegung", sagt Michael Vanner, Erstautor der Studie und Mitglied des Wiener Doktoratskollegs Complex Quantum Systems (CoQuS). "Die Lichtpulse frieren die Bewegung sozusagen ein und erzeugen dadurch ein gestochen scharfes Bild des Quantenverhaltens."

Mit der gepulsten Quanten-Optomechanik kann ein gänzlich neuer Blick in die Quantenwelt von Objekten geworfen werden, die größer und schwerer als die bisher untersuchten Objekte sind. Insbesondere kann diese Methode unmittelbar in laufenden Experimenten angewandt werden. Konkret untersuchen die Forscher Experimente, die Quantenphänomene in mikro-mechanischen Resonatoren, das bedeutet in vibrierenden, massiven Objekten beobachten wollen. "Indem man die Bewegung der Objekte unter die 'gepulste' Lupe nimmt, kann man beispielsweise herausfinden, ob makroskopische, mechanische Objekte in künftigen Quanten-Technologien eingesetzt werden können. Dies wird außerdem dazu beitragen, ein neues Licht auf die in der Natur scheinbar auftretende Trennung zwischen der Quantenwelt und der klassischen Welt zu werfen", meint Michael Vanner.

COMPAMED.de; Quelle: Universität Wien