An die Grenzen der Quantenphysik

18. September 2016, 11:00
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Tracy Northup will ein makroskopisches Objekt in einen Quantenzustand versetzen

Innsbruck – Etwas in seine Einzelteile zerlegen, anschließend wieder zusammenbauen und dabei Erkenntnisse über grundliegende Mechanismen erlangen. So beschreibt Tracy Northup ihre Arbeit. Seit 2008 forscht die 38-jährige Quantenphysikerin am Institut für Experimentalphysik der Uni Innsbruck. Kürzlich wurde ihr der Start-Preis des Wissenschaftsfonds FWF zuerkannt.

Ihre Vorliebe für Naturwissenschaften und besonders Physik hat die gebürtige US-Amerikanerin aber erst während der Studienzeit entdeckt. Als Kind war sie eine Leseratte und hätte – aus Angst, etwas kaputtzumachen – nicht gewagt, an technischen Geräten herumzuschrauben.

In Harvard, wo sie die ersten Jahre als Studentin verbrachte, beschloss sie, ihren Schwerpunkt auf jenes Fach zu legen, das sie am meisten herausforderte: "Weil ich besonders dickköpfig war, wollte ich das Fach studieren, das für mich am schwierigsten war – Physik." Kurz nach ihrem Bachelor suchte sich Northup eine etwas andere Herausforderung und nahm sich Zeit, um Sportlerin zu werden. Sie trat dem US-amerikanischen Nationalteam für Shorttrack, also eine Art Eisschnelllauf, bei. Nebenbei sammelte sie Arbeitserfahrung durch einen Zehn-Stunden-Job bei der US Air Force Academy. "Das Forschungsinstitut dort ist sehr ähnlich wie die meisten Unis, mit dem großen Unterschied, dass dauernd Kadetten an einem vorbeilaufen. Ich habe mit Lasern gearbeitet und war eindeutig der Nerd in meinem Shorttrack-Team", erzählt sie.

Nach drei Jahren Sport führte die Physikerin dann ihr Studium in Kalifornien zu Ende und promovierte am California Institute of Technology. Bis vor kurzem lag der wissenschaftliche Fokus von Northup darin, eine Vernetzung von Quantencomputern zu ermöglichen. Mit ihrem Start-Preis-Projekt hat die Physikerin nun die Chance, sich in eine neue Richtung zu entwickeln und ihre eigene Forschungsgruppe zu etablieren. Dabei will Northup nun die quantenmechanischen Freiheitsgrade eines makroskopischen Objektes so kontrollieren, dass es sich an zwei verschiedenen Orten zur selben Zeit aufhält.

Was mit einzelnen Atomen und Photonen bereits machbar ist, möchte die Physikerin mit einer schwebenden, von der Umwelt isolierten Nanoglaskugel realisieren. Um das zu ermöglichen, werden das Glaskügelchen und ein gefangenes Ion mit einem optischen Resonator gekoppelt. Mithilfe des etablierten quantenmechanischen Systems des gefangenen Ions verspricht sie sich, eine Überlagerung mehrerer Zustände der Nanokugel zu erreichen.

Besonders herausfordernd ist an den Versuchen, die Nanokugel und das Ion so einzufangen, dass beide überhaupt zur selben Zeit mit dem Resonator interagieren können. Die größte Hürde vermutet die Quantenphysikerin allerdings in der Messung der hervorgerufenen Superposition der Nanosphäre: "Es wird eine harte Nuss zu verifizieren, dass dieser Zustand erreicht ist."

Einen unbekannten Pfad beschreiten, sich neue Projekte ausdenken und herausfinden, ob die Ideen realisierbar sind, das ist es, was Northup reizt und antreibt. "Außerdem liebe ich es, mit meinen Studenten zu diskutieren", sagt sie. Physikbegeisterte Besucher sind in Northups Labor übrigens immer willkommen. (Geraldine Zenz, 18.9.2016)

  • Die Quantenphysikerin Tracy Northup erhielt einen Start-Preis des Wissenschaftsfonds FWF.
    foto: diana nöbl

    Die Quantenphysikerin Tracy Northup erhielt einen Start-Preis des Wissenschaftsfonds FWF.

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