Die Quantenphysiker Serge Haroche und David J. Wineland erhalten 2012 den Physik-Nobelpreis für ihren Blick in Schrödingers Kiste. Die Quantenphysiker Serge Haroche und David J. Wineland erhalten 2012 den Physik-Nobelpreis für ihren Blick in Schrödingers Kiste.

Der Physik-Nobelpreis geht 2012 an die Wissenschaftler Serge Haroche und David J. Wineland. Sie haben unabhängig voneinander Methoden entwickelt, mit denen sich einzelne Quantensysteme messen und kontrollieren lassen - ohne dabei den Quantenzustand zu verändern.


Ein Gedankenexperiment macht's verständlich

Elementare Teilchen wie Photonen oder Elektronen lassen sich mit Hilfe von Wellengleichungen beschreiben. Mit einer derartigen Beschreibung kann aber ein Zustand nicht eindeutig definiert werden. Dieses Problem hat Erwin Schrödinger in einem Gedankenexperiment veranschaulicht. Schrödingers Katze ist mittlerweile weltberühmt. Im Gedankenexperiment wird eine Katze zusammen mit einer Giftampulle in eine Kiste gesteckt. Die Giftampulle kann jederzeit zerbrechen, niemand weiß allerdings wann. Sobald sie zerbricht, ist die Katze tot. Außerhalb der Kiste kann man aber nicht sagen, ob die Ampulle noch ganz ist oder nicht. Die Katze ist also gleichzeitig tot und lebendig.


Von der Katze zum Nobelpreis

Tot und lebendig sind also die beiden möglichen Zustände der Katze, das Öffnen der Kiste bedeutet eine Messung. Wenn man misst, legt man den Zustand fest. Haroche und Wineland bekommen den Nobelpreis, weil ihre Methoden es ermöglicht, quasi einen Blick in die Kiste zu werfen, ohne sie zu öffnen. Was eigentlich ein Gedankenexperiment ist, wird dank Wineland und Haroche tatsächlich experimentell untersuchbar. Damit sieht man im Experiment auch, wie eine Messung normalerweise den Quantenzustand beeinflusst.


Ionenfallen und Spiegel aus supraleitendem Material

Für ihre kreativen Experimente greifen die beiden Nobelpreisträger auf raffinierte technische Mittel zurück. Wineland arbeitet mit Ionenfallen, in denen er ein einzelnes Teilchen mit Laserlicht und Laserpulsen so manipulieren kann, dass ein Ion zwei Quantenzustände zugleich annimmt (man nennt das Superposition). Haroche benutzt besondere Reflektoren aus supraleitendem Material, um ein gefangenes Photon für kurze Zeit zwischen zwei Spiegeln zu fangen. Das Photon schafft beim Hin- und Herrennen immerhin eine Strecke von etwa 40.000 Kilometern.

Die Experimente haben in Zukunft wohl auch einen praktischen Nutzen für die breite Masse: Ionenfallen dienen unter anderem als Grundlage für Quantencomputer, die erheblich schneller als herkömmliche Rechner arbeiten könnten.


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