Physik-Nobelpreis für Quantenteilchen-Fänger

Preisträger ermöglichten Erforschung einzelner Atome oder Photonen - Erste Schritte in Richtung Quantencomputer

Den Nobelpreis für Physik teilen sich in diesem Jahr die zwei Quantenteilchen-Fänger Serge Haroche (Frankreich) und David Wineland (USA). Die beiden hätten unabhängig voneinander "Methoden zur Messung und Manipulation einzelner Partikel entwickelt, wobei deren quantenmechanische Natur dabei in einer Weise erhalten bleibt, die vorher unerreicht war", begründete das Nobelpreis-Komitee in Stockholm seine am Dienstag bekanntgegebene Entscheidung. Die beiden konnten Atome oder Photonen einfangen und haben damit Einblick in die seltsam anmutende Quantenwelt ermöglicht.

Eingefangen

Die beiden 68-jährigen Laureaten konstruierten dafür Fallen, in denen geladene Atome (Ionen) oder Lichtteilchen (Photonen) eingefangen werden können. Sie hätten damit die Tür zu einer neuen Ära des Experimentierens aufgestoßen, indem sie direkte Beobachtungen an Quantenpartikeln ermöglichten, ohne sie dabei zu zerstören. Das "sei ein bisschen so, als ob man einen Kuchen zwar isst, ihn danach aber noch hat", so Per Delsing, Mitglied des Nobel-Komitees, bei der Begründung der Zuerkennung. Davor konnte man Lichtteilchen in anderen Messgeräten zwar nachweisen, sie waren danach aber verschwunden.

Ein zentrales Problem in der Quantenphysik ist es, einzelne Partikel von ihrer Umgebung zu isolieren und sie dann vom Einfluss der Umwelt derart abzuschirmen, dass ihre Quanteneigenschaften nicht verloren gehen. Durch die Methoden, die die beiden Physiker und ihre Forschungsgruppen entwickelten, wurde es möglich, sehr sensible Quantenzustände zu messen und zu kontrollieren, die vorher nicht direkt beobachtet werden konnten.

"Wir experimentieren niemals nur mit einem Atom oder Teilchen"

Selbst der österreichische Physik-Nobelpreisträger des Jahres 1933, Erwin Schrödinger, tat sich schwer mit der Vorstellung, die Physik dieser Teilchen konkret erforschen zu können. "Wir experimentieren niemals nur mit einem Atom oder Teilchen. In Gedankenexperimenten nehmen wir manchmal an, dass wir das könnten; doch dies hat stets lächerliche Konsequenzen", so Schrödinger 1952.

Ab 1978 fing Wineland vom National Institute of Standards and Technology (NIST) und der University of Colorado in Boulder (US-Bundesstaat Colorado) allerdings Ionen in Fallen, um sie dann mittels Photonen zu messen. Haroche, Professor am College de France und der Ecole Normale Supérieure, beide in Paris, ging den umgekehrten Weg: er misst und kontrolliert in Fallen gefangene Photonen, indem er Atome durch die Falle schickt.

Die Arbeit der beiden Wissenschafter im Bereich der grundlegenden Interaktionen zwischen Licht und Materie hätten zu ersten Schritten in Richtung eines auf Quantentechnologie basierenden Computers geführt. "Der Quantencomputer könnte unser Leben in diesem Jahrhundert genauso radikal verändern, wie es der klassische Computer im vorigen Jahrhundert getan hat", so das Komitee. Winelands Forschungen haben auch dazu geführt, die Zeit noch präziser zu messen - Uhren, die auf Quantentechnologien beruhen, sind weit präziser als herkömmliche Atomuhren.

In einer ersten Reaktion sagte Haroche dem Komitee am Telefon: "Das ist nur schwer zu fassen. Ich war auf der Straße, zusammen mit meiner Frau auf dem Weg nach Hause. Ich war froh, dass ich mich hinsetzen konnte, das ist überwältigend. Ich werde zu Hause Champagner trinken und dann ins Labor gehen."

"Hochverdient"

Österreichische Kollegen bezeichneten die Zuerkennung als "hochverdient" und "ausgezeichnete Wahl". Den Innsbrucker Physiker Rainer Blatt verbindet mit den beiden Laureaten eine Freundschaft und langjährige Zusammenarbeit, Wineland war erst im September in Innsbruck, um bei einem Symposium Blatt und dessen Kollegen Peter Zoller zum 60. Geburtstag zu gratulieren.

Mit der Zuerkennung des Nobelpreises an Haroche und Wineland ist wohl die Hoffnung auf einen österreichischen Nobelpreis im Bereich Quantenphysik für's Erste geschwunden. Üblicherweise versucht das Nobelpreiskomitee immer wieder Vertreter verschiedener Fachgebiete der Physik zu würdigen, in den nächsten fünf, sechs Jahren wird deshalb kaum mit einem weiteren Preis im Bereich Quantenphysik zu rechnen sein. (APA, 09.10. 2012)