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News: Treue Partner auf getrennten Wegen

Manche Teilchen führen eine derart innige Beziehung zueinander, dass sie einander "spüren", selbst wenn sie Abermillionen Kilometer voneinander entfernt sind. Allerdings galt diese Partnerschaft bislang als eher flüchtig - bislang!
Die Quantenmechanik ist für einige Kuriositäten verantwortlich, die häufig genug unsere Vorstellungskraft aufs Äußerste strapazieren. In eine Vielzahl seltsamer Phänomene und Effekte reihen sich hier nahtlos auch so genannte verschränkte Teilchen ein. Denn die Eigenschaften dieser Teilchenpaare – beispielsweise zwei Photonen – sind auf wundersame Weise aneinander gekoppelt. Misst man etwa die Polarisation des einen Photons – also die Ebene, in der das elektrische Feld schwingt –, so legt das im selben Moment die Polarisation des Partnerteilchens fest. Das würde sogar dann funktionieren, wenn die beiden Photonen sich an entgegengesetzten Enden des Universums befänden.

Klar, dass eine derartige Eigenschaft Physiker auf den Plan ruft und sie so manche Anwendung ersinnen lässt: Quantencomputer, Teleportation und kryptographische Verfahren sind dabei nur einige ihrer Ideen. Dummerweise war die Partnerschaft der Teilchen in der Vergangenheit selten von Dauer. Wechselwirkungen mit der Umgebung ließen die zarten Bande schnell verschwinden, sodass sich die Teilchen wieder wie zwei Individuen verhielten. Ganz so zerbrechlich scheinen die Pärchen aber nun doch nicht zu sein, zumindest in Anbetracht der Experimente von Erwin Altewischer und seinen Kollegen.

Die Physiker der Leiden University haben in einem Versuch nämlich zwei verschränkte Photonen durch je ein Metallsieb gequetscht, wobei sich die Lichtquanten sogar kurzzeitig in ein anderes Teilchen umwandeln mussten. Und dennoch blieb die Verschränkung trotz dieser rabiaten Behandlung erhalten.

Die Umwandlung der Photonen war nötig, da die Löcher in der Metallplatte kleiner waren als die Wellenlänge des einstrahlenden Lichts. Eigentliche kann Licht einen solchen Engpass nicht passieren. Mit einem Trick geht es aber doch: So regen die auftreffenden Photonen die Elektronen der Metalloberfläche zu kollektiven Schwingungen an. Diese Schwingungen lassen sich als Teilchen auffassen: die Oberflächen-Plasmonen. Die Plasmonen können nun durch die Löcher auf die andere Seite der Platte tunneln, sich dort wieder in Photonen umwandeln und ihren Weg fortsetzen. Zwar gehen bei dieser Umwandlung viele Photonen durch Absorption verloren, aber manche schaffen doch den Weg durchs Nadelöhr und wie sich nun herausstellte, sind diese Photonen noch mit ihrem Partner verbunden.

Zunächst einmal mag es erstaunlich erscheinen, dass die Verschränkung diesen Prozess überlebt, an dem immerhin eine große Zahl von Elektronen beteiligt ist, bemerkt William Barnes von der University of Exeter – umso mehr, wenn man bedenkt, dass Plasmonen nur eine kurze Lebenszeit von etwa einer Femtosekunde vergönnt ist. Vermutlich erschiene es uns aber viel weniger überraschend, dass die vermeintlich zerbrechliche Beziehung der Photonen die Reflexion an einem metallischen Spiegel überlebt. Und auch hier sind unzählige Oberflächen-Plasmonen im Spiel.

Da der Umweg über die Plasmonen der Photonen-Beziehung offensichtlich keinen großartigen Abbruch tut, könnten sich damit auch ganz neue Möglichkeiten für die Manipulation verschränkter Teilchen ergeben – das hoffen zumindest die Forscher. Wie diese aussehen könnten, ist sicherlich genauso schwer vorstellbar wie die wundersame Beziehung der Teilchen selbst. Aber wie Barnes meint, befänden wir uns dabei in guter Gesellschaft, schließlich hätte auch Albert Einstein aufgrund des zuweilen sehr seltsamen Verhaltens der Quantenmechanik ihre Gültigkeit in Frage gestellt.

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