Quantenphysik Auch Fußbälle sind unscharf
Er hat der Physik die Unschärfe gebracht, hat der Messgenauigkeit klare Grenzen aufgezeigt und gilt experimentierenden Physikstudenten als willkommene Ausrede: Als der Physiker Werner Heisenberg im Jahre 1927 seine Unschärferelation formulierte, muss dies Anhängern der klassischen Physik, die seit jeher daran gewöhnt waren, Experimente exakt zu vermessen, einen Schock versetzt haben. Der Ort und der Impuls (das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit) eines Teilchen, so die Theorie des damals 25-Jährigen, lassen sich nicht gleichzeitig mit beliebig großer Genauigkeit bestimmen.
Je genauer der Ort eines Teilchens eingegrenzt wird, desto verschwommener wird die Aussage über seinen Impuls. Auch anders herum funktioniert Heisenbergs Formel: Gelingt es Physikern, den Impuls eines Objekts genau zu messen, müssen sie hinsichtlich seines exakten Aufenthaltsortes passen.
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Bei kleinen Teilchen wie Elektronen oder Protonen trifft Heisenbergs Vorhersage, das haben Experimente gezeigt, gut zu. Größere Teilchen mir ihrem vergleichsweise massiven Impuls scheinen sich den Regeln der Quantenmechanik dagegen zu widersetzen. Seit langem diskutieren Wissenschaftler darüber, ob Quanteneffekte in einem größeren Maßstab verschwinden und der klassischen Mechanik Platz machen, oder ob sie einfach nur extrem schwer zu messen sind.
Österreichische Physiker haben jetzt der zweiten Hypothese neue Nahrung verschafft. Wie das Wissenschaftsmagazin "Science" in seiner Online-Ausgabe berichtet, ist es einem Team um Anton Zeilinger von der Universität Wien gelungen, C-70-Moleküle der Unschärferelation zu unterwerfen. Die größere Ausgabe der berühmten Buckminsterfullerene, nobelpreisgekrönte Fußball-Moleküle aus 60 symmetrisch angeordneten Kohlenstoffatomen, hat sich in einschlägigen Experimenten genau so verhalten, wie Heisenberg es vorhergesagt hatte.
- Universität Wien:Quantum Experiments and the Foundations of Physics
- Abstract:Experimental verification of the Heisenberg uncertainty principle for hot fullerene molecules
Einer online publizierten Veröffentlichung zufolge, hat Zeilinger einen dünnen Spalt mit rund 630 Grad Celsius heißen C-70-Molekülen beschossen. Gemäß dem von der Quantentheorie prognostizierten Wellencharakter der Moleküle müsste sich hinter dem Spalt ein charakteristisches Muster ausbilden; ein Teil des molekularen Strahls wird nach rechts und nach links abgelenkt.
Mit Hilfe eines empfindlichen Laser-Detektors konnten die Österreicher, wie "Science now" berichtet, genau diese Verteilung feststellen. Mehr noch: Wenn der Spalt verkleinert wurde, verbreiterte sich das Impulsspektrum deutlich. Die Beobachtungen entsprachen damit Heisenbergs Vorstellungen. Je mehr die Forscher über den Ort (die Spaltbreite) eines Moleküls wussten, desto weniger ließ sich über dessen Impuls sagen.
C-70 habe sich, so Zeilinger, "ganz, ganz exakt" wie ein quantenmechanisches Teilchen verhalten. Auch von der Hypothese, aber einer bestimmten Größe stellten Quanteneffekte die Arbeit ein, hält der Wiener Forscher laut "Science now" wenig. "Das ist alles eine Frage der Kunst des Experimentators", sagt Zeilinger. "Und eine Frage, wie viel Geld man für derartige Experimente zur Verfügung hat."