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Physik: An der Grenze zur Quantenwelt

Auf Quantenebene gehorchen Objekte dem Zufall und bizarren Gesetzen. Unsere gewohnte Realität hingegen ist eindeutig und berechenbar. Wann und wie gehen beide Reiche ineinander über? Hoch präzise Experimente sollen endlich die Antwort geben.
Quantenwelt

Simon Gröblacher ist ein Manipulator des Unsichtbaren. So entspricht die Länge eines der mechanischen Instrumente in seinem Labor an der Delft University of Technology kaum derjenigen eines Bakteriums. Doch sein Ziel ist es nicht, die Apparate weiter zu verkleinern – im Gegenteil. "Wir versuchen nun, richtig große Objekte zu bauen", meint er, während er Pläne der Geräte auf seinem Computer aufruft. Für den Experimentalphysiker bedeutet "richtig groß" allerdings etwas, das mit bloßem Auge gerade noch zu erkennen ist. Auf diesen Skalen erhofft sich Gröblacher Antworten auf eine scheinbar widersinnige Frage: Kann sich ein einzelnes makroskopisches Ding von der Dimension eines Stecknadelkopfs an zwei Orten zugleich befinden?

Auf subatomarer Ebene ist so ein Zustand die Norm. Den seltsamen Regeln der Quantenmechanik zufolge haben Teilchen wie Elektronen oder Photonen keine eindeutigen Positionen, Energien oder andere klar bestimmte Eigenschaften – zumindest solange niemand hinschaut. Sie existieren in mehreren Zuständen gleichzeitig.

Unsere alltägliche Welt hingegen offenbart keinerlei Quantencharakter. Vom Virus an aufwärts manifestiert sich jeder Gegenstand stets an genau einer Stelle. Die Krux dabei: Wenn doch alles aus kleinsten Teilchen besteht, die Quanteneffekten gehorchen, warum merken wir im Alltag dann nichts mehr davon? Wo endet die Welt der Quanten, und wo beginnt die der klassischen Bewegungsgesetze? In den letzten Jahren stoßen Physiker wie Gröblacher mit immer empfindlicheren Laborversuchen in den Übergang von makroskopischer zu mikroskopischer Realität vor. Bislang kann niemand sagen, welchen Einfluss die Untersuchungen dieses Zwischenreichs haben werden. Sie könnten die Mysterien der Quantentheorie lösen oder vertiefen; auf jeden Fall eröffnen sie die Chance auf Einblicke in ein unbeschrittenes Feld der Physik …

August 2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft August 2018

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  • Quellen

Norte, R. A. et al.: Mechanical Resonators for Quantum Optomechanics Experiments at Room Temperature. In: Physical Review Letters 116, 147202, 2016

Vinante, A. et al.: Improved Noninterferometric Test of Collapse Models Using Ultracold Cantilevers. In: Physical Review Letters 119, 110401, 2017