Forschenden gelingt erste Quantenkontrolle im freien Raum

19. Juli 2021 10:44

Zürich - Ein Team der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich ist der Beobachtung von Quanteneffekten bei makroskopischen Gegenständen nähergekommen. Das kann die Basis für extrem empfindliche Sensoren sein.

Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) konnten ein hundert Nanometer grosses Glaskügelchen mit Laserlicht fangen. Die schaukelnde Restbewegung in einem auf minus 269 Grad heruntergekühlten Vakuumbehälter zeigt ein Interferenzmuster, das messbar ist. In der Folge konnte ein durch Elektroden geschaffenes elektrisches Feld diese Schaukelbewegung weiter abbremsen. So kam das Kügelchen nahe an die quantenmechanische Nullpunktbewegung.

Das Ziel der physikalischen Forschung wäre die Beobachtung von Quanteneffekten auch bei makroskopischen Gegenständen. Bislang sei das erst mit Molekülen gelungen, die aus einigen Tausend Atomen bestehen, so die ETH in ihrem Bericht. Das untersuchte Kügelchen setzte sich immerhin aus 10 Millionen Atomen zusammen.

„Dies ist das erste Mal, dass mit einer solchen Methode der Quantenzustand eines makroskopischen Objekts im freien Raum kontrolliert und bis fast auf den Bewegungsgrundzustand abgebremst wurde“, erklärt Lukas Novotny, Professor für Photonik am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH. Die Studienergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin „Nature" veröffentlicht.

Diese Versuchsanordnung, die weniger störanfällig sei als bisherige, erlaube auch die vollkommen isolierte Untersuchung des Kügelchens. So würden Interferenz-Experimente wie mit Lichtwellen möglich. „Das ist allerdings noch Zukunftmusik“, so Novotny. Doch neben der Grundlagenforschung seien schwebende Nanokügelchen auch für praktische Anwendungen interessant. Damit könnte etwa die Empfindlichkeit von Sensoren „enorm verbessert“ werden. mm

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