Robuste Teilchen, scheue Wellen

1. März 2007, 15:22
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Die Quantenphysikerin Lucia Hackermüller ist ein Shootingstar aus der Kaderschmiede um Anton Zeilinger und Markus Arndt - STANDARD-Interview

Die Quantenphysikerin Lucia Hackermüller ist ein Shootingstar aus der Kaderschmiede um Anton Zeilinger und Markus Arndt. Für ihre Arbeiten zur Interferometrie mit großen Molekülen wurde sie mit dem Loschmidt-Preis ausgezeichnet. Bert Ehgartner sprach mit ihr.

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STANDARD: Wie kam es, dass Sie sich mit der Quantentheorie einer Fachrichtung verschrieben haben, die außerhalb dieser Institute kaum jemand versteht.

Hackermüller: Es war für mich anziehend, dass in dieser Wissenschaft sehr überraschende Vorhersagen möglich sind, die einen wirklich ungewöhnlichen Blick in die Natur erlauben. Nachdem ich mich intensiv mit dem Prüfungsstoff auseinandergesetzt hatte, hatte ich allerdings das Gefühl, dass bei mir nun eine Schraube locker ist, weil ich so viel Ungewohntes als gegeben annehmen musste.

STANDARD: Sie haben über Molekülinterferometrie promoviert. Womit befassen Sie sich da konkret?

Hackermüller: Man versucht damit nachzuweisen, dass sich ein Teilchen an zwei Orten gleichzeitig befinden kann. Das ist eine der überraschenden Vorhersagen der Quantenmechanik, die durch den so genannten Welle-Teilchen-Dualismus beschrieben wird und nur dann möglich ist, wenn das Objekt nicht beobachtet wird. Eine Welle ist an sich ausgedehnt, so dass sie als Musik beispielsweise im ganzen Orchestersaal gleichzeitig zu hören ist. Ein Teilchen befindet sich jedoch dagegen immer lokalisiert an einem Ort. Ein quantenmechanisches Objekt kann jedoch beide Eigenschaften haben, ausgedehnt oder punktförmig.

STANDARD: Hat das dann irgendetwas mit Teleportation zu tun?

Hackermüller: Nein. Die Eigenschaft an zwei Orten gleichzeitig zu sein, ist zwar Voraussetzung, damit ein Teilchen auch teleportiert werden kann, sie reicht aber noch nicht aus. Teleportation beruht auf dem etwas komplexeren Prinzip der Verschränkung zweier Teilchen. Außerdem wird bei der Teleportation auch immer nur eine Eigenschaft eines Teilchens übertragen. Daher eignen sich Fotonen besonders, sie können so präpariert werden, dass sie sich nur in einer Eigenschaft unterscheiden. Bei komplizierteren Objekten wie unseren großen Molekülen müsste man hingegen ganz viele Eigenschaften einzeln teleportieren.

STANDARD: Wie ist das erklärbar, dass ein Molekül im unbeobachteten Flug als Welle zu beschreiben ist, und wenn man genau hinsieht, wird das Molekül doch an einem festen Ort angetroffen - so wie es sich für ein ordentliches Teilchen gehört.

Hackermüller: Ein Teilchen kann sich nur dann als Welle verhalten, an zwei Orten gleichzeitig sein, wenn der Ort des Teilchens nicht gemessen wird, und zwar auch nicht indirekt gemessen wird. Fragt man das Teilchen "Wo bist du?", kann es nur eine Antwort geben. Und diese Antwort zwingt ein Objekt sich als Teilchen zu verhalten. Ob sich ein Objekt als Teilchen oder als Welle verhält, hängt vom Experiment ab, das durchgeführt wird.

STANDARD: Das klingt ungewöhnlich. Was ist denn in der Quantentheorie sogar für Insider noch haarsträubend?

Hackermüller: Viele Dinge, etwa die Unschärferelation oder die Möglichkeit zur Teleportation, auch der so genannte Kollaps der Wellenfunktion. Manche Prozesse können durch eine Wellenfunktion beschrieben werden, die durch eine Messung auf einen festen Wert kollabiert. Was aber löst den Kollaps aus? Was passiert davor? Wie kann man sich die Wellenfunktion vorstellen?

STANDARD: Es heißt, die Quantenphysik regiert den Mikrokosmos. Sobald es aber in den Makrokosmos geht, versagt sie. Was sagen Sie dazu?

Hackermüller: So würde ich das nicht sagen. Die Gesetze der Quantenmechanik gelten auch noch für den Makrokosmos, bloß treten sie aufgrund von Wechselwirkung nicht in Erscheinung.

STANDARD: Was sehen Sie denn als ihre wesentlichsten Beiträge zur Praxis?

Hackermüller: Die Arbeit an zwei neuartigen Interferometern, die ganz spezielle Experimente mit großen Molekülen möglich machten und den Nachweis der Interferenz von "fluoriertem Fulleren", dem bisher größten Teilchen. Das Problem bei diesen Teilchen ist immer, wie man sie in die Gasphase bringt, denn man kann nicht alle verdampfen. Und wir haben auch eine Quelle für nicht verdampfbare Moleküle etwa für Peptide und Proteine entwickelt.

STANDARD: Woran liegt das?

Hackermüller: An den schlechteren Bedingungen für Frauen, etwa in Bezug auf Familienplanung. Da hat die Karriereleiter für Frauen ein Loch, und es gab bislang leider auch keine geeigneten Modelle.

STANDARD: Sind Wissenschafterinnen in der Quantenphysik heute präsenter als noch vor Jahren?

Hackermüller: In der gesamten Gruppe gibt es immerhin noch zwei weitere Frauen. Ein Anteil von einem Zehntel ist eigentlich schon ganz gut. Im Studium waren es noch etwa ein Drittel. Je weiter es nach oben geht, desto weniger Frauen gibt es. Ordentliche Universitätsprofessorinnen gibt es in meinem Fachbereich vielleicht drei in ganz Österreich. (DER STANDARD, Printausgabe, 28. Februar 2007)

Link
Institut für Quanten-, Atom- & Neutronenphysik an der Universität Mainz

Zur Person
Lucia Hackermüller (28), geboren in Waidhofen/Ybbs, diplomierte 2002 am Institut für Experimentalphysik in Wien bei Anton Zeilinger mit dem Entwurf eines Talbot-Lau-Interferometers, das sie für ein Forschungs-Modell entworfen hat. Sie dissertierte bei Markus Arndt zum Thema Interferometrie mit großen Molekülen und befasste sich mit Kohärenz, Dekohärenz und der Entwicklung neuer Laserdesorptionsquellen. Im November 2006 übersiedelte sie für einen zweijährigen Postdoc ans Institut für Quanten-, Atom- & Neutronenphysik der Uni Mainz. (ebe)

  • Die österreichische Physikerin in ihrer Quantenwelt an der Universität: Als Frau ziemlich allein auf weiter Flur ist Lucia Hackermüller in ihrem Fach.
    foto: der standard/aimee blaskovic
    Die österreichische Physikerin in ihrer Quantenwelt an der Universität: Als Frau ziemlich allein auf weiter Flur ist Lucia Hackermüller in ihrem Fach.
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