Hundertprozentig genau lässt sich die Temperatur des Badewassers auch mit dem teuersten Hightech-Thermometer nicht messen. Denn das kalte Thermometer kühlt das Wasser minimal ab. Zum Glück ist die Verfälschung winzig und stört nicht. Doch wenn es um Präzisionsmessungen geht – wenn man beispielsweise Atome verwendet, um die Zeit höchst exakt zu messen –, dann stören selbst kleine Abweichungen sehr wohl. Die Unschärfe gehört aber unweigerlich zum Geschäft. Selbst wenn Physiker alle Messfehler eliminieren, bleibt ein Rest von Ungenauigkeit: das so genannte Heisenberg-Limit. Es ergibt sich aus der Tatsache, dass in der Welt der Quanten der Zufall eine zentrale Rolle spielt. Atome oder Elektronen verhalten sich mehr wie Wolken als wie scharf abgegrenzte Teilchen, weshalb man prinzipiell nur begrenztes Wissen über ihre Eigenschaften erlangen kann.

© Tania Gómez, Institute of Photonic Sciences (ICFO) Visual Communication
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernWechselwirkende Photonen
Nun haben spanische Forscher erreicht, was bis vor einigen Jahren als unmöglich galt: genauer zu messen, als es das Heisenberg-Limit erlaubt. Das Team um Mario Napolitano vom Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) in Barcelona maß äußerst schwache magnetischen Signale einer ultrakalten Wolke von Rubidiumatomen. Dazu sendeten sie einen Puls polarisierten Laserlichts durch die Wolke. Aus der Drehung der Polarisationsrichtung des Lichts bestimmten sie die Magnetisierung der Atomwolke.

Die Rubidiumatome verursachen Wechselwirkungen zwischen den Photonen, die die Stärke des Messsignals vergrößern, das Rauschen des Eingangssignals aber unverändert lassen. Dieser Mechanismus führte zu einer Messabweichung, die kleiner war als das Heisenberg-Limit.

Ihre Arbeit zeige, dass die Wechselwirkung zwischen Quantenteilchen eine neue Ressource für Präzisionsmessungen an Quantensystemen darstelle, schreiben die Forscher. Genutzt werden könnte das Prinzip einmal bei der Detektion von äußerst schwachen Gravitationswellen, die nach Einsteins Relativitätstheorie durch das All laufen, oder in der Medizin zum präzisen Messen der Gehirnaktivität. (cm)