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Desert Rose
03.04.2004, 19:48
03.04.2004 - Physik

Physikalische Grenzerfahrung: Wo die Quantenwelt beginnt

Nullpunktsbewegung in schwingender, tiefgekühlter Nanostruktur bestimmt


In der Welt der Quanten herrschen andere Gesetze. So lassen sich beispielsweise Ort und Impuls eines Objekts nicht gleichzeitig beliebig exakt bestimmen. Diese Interpretation der Heisenbergschen Unschärferelation (http://www.quantenwelt.de/quantenmechanik/wellenfunktion/unscharfe.html) gilt für einzelne Atome, Ionen oder auch Lichtteilchen, den Photonen. Doch bei welcher Größe fängt die Quantenwelt an? Wo verläuft die Grenze, ab der eine klassische Beschreibung mit Newtonscher Mechanik versagt?

US-Forscher näherten sich nun mit einem - makroskopischen - Experiment diesem bisher nur sehr "unscharf" bestimmten Übergang. Als Testobjekt wählten sie einen nanomechanischen Oszillator, bei dem sie mit einem Ein-Elektronen-Transistor eine exakte Ortsbestimmung versuchten und so schon recht nah an den Bereich der Heisenbergschen Unschärfe heranreichten. Ihren Versuchsaufbau beschreiben sie in der Fachzeitschrift Science (Vol. 304, S. 74). "Wir haben die thermische Bewegung des Resonators bei Temperaturen von etwa 56 Millikelvin beobachtet", erklären Keith Schwab und seine Kollegen vom Laboratory of Physical Sciences an der University of Maryland (http://www.lps.umd.edu/) .

Mit einer Länge von rund einem hundestel Millimeter entspricht dieser Resonator etwa der Masse von 10 Billionen Wasserstoffatomen und wäre damit das bisher größte Objekt, an dem eine Messung quantenmechanischer Bewegungen erfolgt ist. Schwab wählte konkret den Übergang der klassisch bestimmenden Brownschen Bewegung hin zur quantenmechanischen Nullpunktsschwingung, die eine direkte Konsequenz der Heisenbergschen Unschärfe darstellt. Durch die Abkühlung auf knapp den absoluten Nullpunkt wollte Schwab die klassisch thermische Bewegung komplett einfrieren, so dass in dem filigranen Messaufbau die Nullpunktsschwingung die dominierende Größe wird.

Mit Schwingungsfrequenzen von rund 20 Megahertz bei 56 Millikelvin reichten die Forscher bis auf einen Faktor von 4,3 an das Quantenlimit heran. Obwohl sie damit die ersehnte Grenze, einen quantenmechanischen Effekt in einem makroskopischen Körper direkt zu messen, nicht ganz erreicht haben, sollte das mit einem optimierten Versuchsaufbau bald möglich sein. So akademisch diese Versuche anmuten mögen, können sie doch wichtige Informationen für konkrete Anwendungen liefern. "Die Auswirkungen dieses Experiments reichen von der Bestimmung der ultimativen Grenzen eines Kraftmikroskops bis hin zu Auslesemechanismen zukünftiger Qubits in einem Quantencomputer", so Schwab. Denn sobald man genau weiß, wie stark beispielsweise die Nullpunktsschwingung eine exakte Orts- und Impulsbestimmung eines makroskopischen Körpers beeinflusst, kennt man auch - erstmals experimentell bestimmt - die ultimativen Grenzen der möglichen Messgenauigkeit.

Jan Oliver Löfken
Quelle (http://www.wissenschaft.de/wissen/news/239682.html)

Zwirni
13.04.2004, 16:23
Ein weiterer Artikel der einen Blick auf die neuesten Kenntnisse über das was hinter "Einsteins Schleier" geschieht wirft ...

Die wunderbare neue Welt der Quantenmechanik ist für die meisten Menschen noch völlig schleierhaft. Es ist höchste Zeit, das zu ändern, denn die Welt zwischen Welle und Teilchen ist faszinierend

Die Quantenmechanik treibt uns an die Grenzen unserer Vorstellungskraft und noch darüber hinaus. Unser Weltbild gerät ins Wanken, der gesunde Menschenverstand muss an der Garderobe abgegeben werden. "Wir müssen uns wohl von dem naiven Realismus, nach dem die Welt an sich existiert, ohne unser Zutun und unabhängig von unserer Beobachtung, irgendwann verabschieden", erläuterte der Quantenphysiker Anton Zeilinger, Professor am Institut für Experimentalphysik der Universität Wien, in einem Telepolis-Interview). Die Erkenntnisse der Quantenphysik sind für unser Denken ebenso revolutionär wie die Feststellung, dass die Erde um die Sonne kreist oder die Einblicke in die dunklen Abgründe unseres Unterbewusstseins.

[..]

Zu den intensiven Schleierlüftern gehört auch Anton Zeilinger. Ihn kennen nicht nur die Leser der Fachjournale, denn über seine Teleportations-Experimente berichteten die Medien weltweit und ausführlich ( Die Kunst der Teleportation). Die Idee des "Beamens" war Zuschauern der Fernsehserie Raumschiff Enterprise schon vertraut, aber selbst Trekkies haben den Transporter bis zu diesem Zeitpunkt wohl für reine Science Fiction gehalten. Natürlich hat die Gruppe um Zeilinger keine Menschen, sondern Lichtteilchen, so genannte Photonen teleportiert, aber sie waren die ersten, denen das gelang.

Teleportation bedeutet die Herstellung einer exakten Kopie eines Quantensystems an einem anderen Ort durch Ausnutzung verschränkter Zustände, dabei wird das Original eigenschaftslos, das heißt es überträgt alle seine Eigenschaften und ist dann selbst "ausgewaschen", sozusagen seiner Information beraubt. Es handelt sich also nicht um einen echten Kopierprozess, sondern um eine vollständige Informationsübertragung.

Komplett begreifen kann das vielleicht niemand. Der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman hat einmal gesagt, dass eigentlich keiner Quantenphysik wirklich verstehen kann. Annäherung ist vielleicht der beste Ansatz, denn wie der Zustand von Schrödingers Katze verwischt sich das, was gerade noch deutlich sichtbar und greifbar schien. Werner Heisenberg plädierte für ein Umdenken:

"Nicht mehr die objektiven Ereignisse, sondern die Wahrscheinlichkeiten für das Eintreten gewisser Ereignisse können in mathematischen Formeln festgelegt werden. Nicht mehr das faktische Geschehen selbst, sondern die Möglichkeit zum Geschehen - die 'Potentia', wenn wir diesen Begriff der Philosophie des Aristoteles verwenden wollen - ist strengen Naturgesetzen unterworfen."

http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/buch/16975/1.html