Schrödingers Katze: Wiener Physiker erweitern Quantenwelt-Grenzen

Schrödingers Katze lässt grüßen: 100 Jahre nach der berühmten Theorie zeigen Wiener Physiker, dass auch massive Metall-Cluster Welleneigen­schaften besitzen. Das Experiment bricht dabei bisherige Rekorde der Makroskopizität deutlich.

Quanten-Rekord zum Jubiläum

Vor 100 Jahren formulierte der Wiener Physiker Erwin Schrödinger seine Wellengleichung und schuf damit die Grundlage der modernen Quantenphysik. Zum Jubiläum hat ein Forschungsteam der Universität Wien nun die Gültigkeit dieser Gesetze in einer bisher unerreichten Größenordnung bestätigt. Die Gruppe um Markus Arndt und Sebastian Pedalino zeigte, dass sich auch komplexe Materieobjekte aus tausenden Atomen wellenartig verhalten können.

Das Experiment belegt den Welle-Teilchen-Dualismus an Natrium-Clustern. Während Quanteneffekte bei einzelnen Elektronen oder kleinen Molekülen gut untersucht sind, gilt der Übergang zur klassischen Physik als zentrale offene Frage. Die Wiener Forscher zeigten jetzt, dass die Quantenmechanik auch für deutlich massereichere und komplexere Objekte gilt.

Natrium-Cluster im Wellenbad

Wie das Team im Fachjournal Nature berichtet, erzeugten die Wissenschaftler ultrakalte Natrium-Nanopartikel. Die Cluster bestehen aus mehr als 7000 Atomen und haben eine Masse von über 170.000 Dalton. Trotz dieser Größe konnten sie in einem sogenannten Talbot-Lau-Interferometer delokalisiert werden. Die Teilchen hatten dabei keine eindeutige Position, sondern befanden sich in einem Überlagerungszustand.

Zum Einsatz kam ein System aus drei optischen Gittern, die durch stehende UV-Lichtwellen erzeugt wurden. Anders als beim klassischen Doppelspalt-Experiment erlaubt die Talbot-Lau-Interferometrie Messungen im Nahfeld, was für Teilchen mit winziger de-Broglie-Wellenlänge erforderlich ist.

Kennzahlen zum Experiment

Grenzen der Physik testen

Die Messungen dienen vor allem der Überprüfung alternativer Theorien. Makrorealistische Modelle gehen davon aus, dass die Quantenmechanik ab einer bestimmten Größe versagt. Wie Spektrum erläutert, schränkt das neue Ergebnis den Spielraum für solche Modelle erheblich ein. Eine massenabhängige Grenze zwischen Quanten- und klassischer Physik konnte nicht nachgewiesen werden.

Der experimentelle Aufwand ist hoch. Der Aufbau reagiert empfindlich auf Erschütterungen, die Erdrotation oder thermische Strahlung, die normalerweise zur schnellen Dekohärenz führen.

Solche Interferometer könnten künftig auch praktisch genutzt werden. Denkbar sind Anwendungen als hochsensible Sensoren zur Messung winziger Kräfte oder zur Untersuchung elektrischer und magnetischer Eigenschaften von Nanopartikeln. Auch die Suche nach Dunkler Materie könnte von derartigen Messverfahren profitieren.

Was haltet ihr von diesem Grenzgang zwischen Quantenwelt und Realität? Seht ihr darin den Schlüssel für neue Sensortechnologien oder bleibt es für euch ein theoretisches Konstrukt? Wir freuen uns auf eure Einschätzungen in den Kommentaren.


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