Weltrekord-Molekül mit Quanten-Eigenschaften

6. April 2011, 12:23
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Lichtteilchen können zugleich auch Lichtwellen sein - Dieser seltsame Zustand der "Überlagerung" konnte nun von einem Forscherteam unter Wiener Leitung an bis zu 430 Atome großen Molekülen gezeigt werden

Das Paradebeispiel zur Illustration des kaum begreiflichen Phänomens ist das Licht. Photonen, also Lichtteilchen, können zum einen als winzigste Objekte mit Lichtgeschwindigkeit durch die Gegend rasen. Sie zeigen aber zum anderen auch Wellencharakter, wie sich mit dem klassischen Doppelspaltexperiment demonstrieren lässt, bei dem man Licht durch zwei enge Spalte schickt.

Auf einem Schirm dahinter sind helle und dunkle Bereiche zu sehen, die sogenannten Beugungsmuster. In den Bereichen, wo es hell ist, verstärken sich die Lichtwellen, in den dunklen haben sie sich ausgelöscht. In der Physik nennt man das Phänomen auch Interferenz, das Gerät dazu nennt man Interferometer.

Seit einigen Jahren schaffen es Quantenphysiker, auch mit größeren Teilchen diesen Wellencharakter zu erzeugen. Eine der weltweit führenden Forschergruppen auf diesem Gebiet ist jene von Markus Arndt, Professor an der Uni Wien und 2008 Gewinner des Wittgenstein-Preises, Österreichs wichtigster Wissenschaftsauszeichnung.

Im Fachjournal Nature Communications stellen Arndt und seine internationalen Kollegen nun die bisher größten Objekte vor, an denen diese bizarren Überlagerungszustände demonstriert werden konnten: Moleküle, die aus 430 Atomen bestehen und damit so groß wie kleine Eiweißmoleküle sind. Diese allerdings hätten sich für das neue Rekordexperiment nicht geeignet.

Die Teilchen müssen nämlich zunächst auf 200 Grad erhitzt werden, um mit ihnen einen Strahl zu erzeugen. Sie wurden eigens von Chemikern aus der Schweiz und den USA maßgeschneidert. Zugleich muss auch das Interferometer aufwändig adaptiert werden.

Und wozu das Ganze? Mit dem Weltrekord ist man einerseits dem Gedankenexperiment von "Schrödingers Katze" wieder einen Schritt nähergekommen, für die ebenfalls der Überlagerungszustand gilt. Andererseits können sich mit dem Inferometer die molekularen Eigenschaften der Teilchen präziser messen lassen als mit jeder anderen Methode. (tasch/DER STANDARD, Printausgabe, 06.04.2011)


Abstract
Nature Communications: Quantum interference of large organic molecules

  • Zugleich Teilchen (im Vordergrund) und Welle (im Hintergrund): das neue Rekordobjekt.
    illustration: tomandl

    Zugleich Teilchen (im Vordergrund) und Welle (im Hintergrund): das neue Rekordobjekt.

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