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Quantenphysik: Mit Überlichtgeschwindigkeit durch die Wand

Quantenmechanische Objekte können Hindernisse »durchtunneln«. Dabei bewegen sie sich laut jüngsten Experimenten möglicherweise sogar schneller als das Licht.
Hyperspace tunnelLaden...

Als die Quantenmechanik die Bühne der Naturwissenschaft betrat, mussten sich die Physiker plötzlich mit vielen irritierenden Konsequenzen der neuen Gleichungen auseinandersetzen. Rasch entdeckten sie eine der wohl seltsamsten Folgen: den so genannten Tunneleffekt. Er verdeutlicht, wie sehr sich winzige Objekte von größeren unterscheiden. Wirft man einen Ball gegen eine Wand, prallt er ab. Lässt man ihn bergab rollen, bleibt er im Tal liegen. Für Teilchen wie Elektronen gelten andere Regeln. Sie haben eine kleine Chance, »durch den Berg zu schlüpfen und dem Tal wieder zu entkommen«, wie es die Physiker Ronald Wilfred Gurney und Edward Uhler Condon von der US-amerikanischen Princeton University in einer der frühesten Beschreibungen des Effekts im Fachjournal »Nature« 1928 formulierten.

Das Phänomen ist zwar rätselhaft, löst zugleich aber viele Probleme. Die Fähigkeit von Teilchen, scheinbar unüberwindliche Energiebarrieren einfach zu durchqueren, erklärt diverse chemische Vorgänge, radioaktive Zerfälle und die Strahlung der Sonne, in der die Kerne der Wasserstoffatome dank des Tunneleffekts ihre gegenseitige Abstoßung überwinden und miteinander verschmelzen.

Beim näheren Hinschauen gingen die Wissenschaftler einer Frage zuerst bloß neugierig, dann immer verzweifelter nach: Wie lange dauert es wohl, bis ein Teilchen eine solche Wand durchtunnelt hat? Die darauf gefundenen Antworten schienen keinen Sinn zu ergeben …

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  • Quellen

Dumont, R. S. et al.: The relativistic tunneling flight time may be superluminal, but it does not imply superluminal signaling. New Journal of Physics 22, 2020

Landsman, A. S. et al.: Ultrafast resolution of tunneling delay time. Optica 1, 2014

Lunardi, J. T., Manzoni, L. A.: Distribution of ionization and tunneling times in a model of strong field ionization. Journal of Physics: Conference Series 1391, 2019

Ramos, R. et al.: Measurement of the time spent by a tunnelling atom within the barrier region. Nature 583, 2020

Sainadh, U. S. et al.: Attosecond angular streaking and tunnelling time in atomic hydrogen. Nature 568, 2019