Mit "gepulster Quanten-Optomechanik" kann man das quantenmechanische Verhalten in der Bewegung eines makroskopischen Objekts direkt testen. Das wird in dieser Darstellung eines Schrödinger-Katzen-Zustandes als Rippel sichtbar (links). Unter kontinuierlicher Beobachtung verwaschen diese Quanteneffekte (rechts).
Wien - Üblicherweise spielen quantenphysikalische Phänomene nur in sehr kleinen Maßstäben eine Rolle. Doch Wissenschaftern gelingt es zunehmend, diese Quanteneffekte an immer größeren Objekten nachzuweisen. Wiener Physiker haben nun ein Verfahren entwickelt, das in bisher unerreichter Genauigkeit das schwer nachzuweisende Quantenverhalten von größeren Objekten beleuchtet. Die Wissenschaftszeitschrift "PNAS" berichtet darüber in ihrer neuen Ausgabe.
Weltweit widmen sich Physiker der nach wie vor offenen Frage, inwieweit Quantenphänomene an Objekten unserer Alltagswelt beobachtbar sind. Quantenexperimente werden deshalb an immer größeren und schwereren Objekten durchgeführt. Doch der Schritt zur makroskopischen Quantenphysik ist nicht so einfach. Denn je größer und schwerer die im Experiment verwendeten Objekte sind, desto schwieriger wird es, Quanteneffekte sichtbar zu machen.
Verhaltensänderung unter Beobachtung
Das Problem ist, dass bei solchen Experimenten "die Objekte kontinuierlich beobachtet werden. Dadurch werden allerdings die meisten Quantenphänomene verwaschen", ähnlich wie auf einem Foto eine schnelle Bewegung verschwommen erscheint, erklärte Michael Vanner vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) an der Universität Wien, der gemeinsam mit Markus Aspelmeyer und einem internationalen Forscherteam das neue Verfahren entwickelt hat. Der Grund ist, dass sich in der Quantenwelt beobachtete Objekte anderes verhalten als im unbeobachteten Zustand.
Bei der neuen Methode der "gepulsten Quanten-Optomechanik" werden ähnlich einem Blitzlicht Laserpulse verwendet, die Quantenmessungen an großen Objekten mit bisher unerreichter Genauigkeit ermöglichen. "Die Lichtpulse frieren die Bewegung sozusagen ein und erzeugen dadurch ein gestochen scharfes Bild des Quantenverhaltens", so Vanner in einer Aussendung der Uni Wien.
Mit freiem Auge sichtbar
Die Wissenschafter erwarten, mit dem neuen Verfahren einen gänzlich neuen Blick in die Quantenwelt von Objekten werfen zu können, die größer und schwerer als die bisher untersuchten sind. So wollen sie die Methode etwa für ihre Experimente mit sogenannten mikro-mechanischen Resonatoren anwenden. Diese sind einem Sprungbrett in einem Schwimmbad vergleichbare schwingende Objekt mit einer Breite von etwa 50 Mikrometer und einer Länge von 150 Mikrometer - also schon mit freiem Auge sichtbar. Die Wissenschafter arbeiten daran, Quanteneffekte auf solch ein mechanisches System zu übertragen und wollen u.a. herausfinden, ob solch makroskopische, mechanische Objekte in künftigen Quanten-Technologien eingesetzt werden können. (red/APA)