Wien - Den Zerfall der sogenannten Kohärenz zweier ursprünglich völlig im Gleichklang schwingender Quantensysteme haben Wiener Wissenschafter um Jörg Schmiedmayer, Leiter des Labors für Atomphysik und Quantenoptik am Atominstitut der österreichischen Universitäten, gemeinsam mit Innsbrucker und Heidelberger Kollegen beobachtet. Die Untersuchungen an ultrakalten Rubidiumatomen wurden in der jüngsten "Nature"-Ausgabe veröffentlicht.

Dekohärenz ist eines der grundlegenden Phänomene der Quantenphysik. Dabei gehen in Experimenten ursprüngliche Verbindungen von zwei oder mehr Quanten verloren, was den theoretischen Vorhersagen der Quantenphysik entspricht.

Trick

Für ihre Experimente haben Schmiedmayer und sein Team Rubidiumatomen bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt und in den Zustand des sogenannten Bose-Einstein-Kondensats (BEC) gebracht. Nun verwendeten die Physiker einen Trick, der ihnen zum ersten Mal vor zwei Jahren in Heidelberg gelungen war: Sie erzeugten einen Quantenzustand bestehend aus zwei "identischen" eindimensionalen Gasen, in dem sich die Atome zur selben Zeit in jeder der beiden Fallen aufhalten. Dieser quantenmechanische Überlagerungszustand kann mit Hilfe des Quantenphänomens Interferenz nachgewiesen und im Detail untersucht werden. Dies ist analog zu dem Doppelspalt-Experiment, bei dem die "Lichtquanten" beide Spalten gleichzeitig durchqueren, woraufhin sie beim Auftreffen auf einen Schirm ein Interferenzmuster erzeugen. Im Unterschied hierzu wurde im Experiment nicht Licht, sondern Materiewellen zur Interferenz gebracht.

Dieser Überlagerungszustand ist sehr fragil und zerfällt aufgrund von Quanten- und thermischen Fluktuationen - ein als Dekohärenz bezeichneter Prozess, dessen Dynamik nun direkt im Experiment beobachtet werden konnte. Dabei zeigte sich, dass die Kohärenz, d.h. das Maß an präzise bestimmter quantenmechanischer Überlagerung, im Laufe der Zeit nach einem charakteristischen Gesetz zerfiel. Die Messungen und Beobachtungen erlauben einen weiteren Blick in die grundlegenden Eigenschaften der Quantenwelt, so Schmiedmayer. (APA/red)