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Wenn atomare Teilchen spuken

Forscher der Universität Bern beschäftigen sich mit einem physikalischen Mysterium, über das Albert Einstein den Kopf ­geschüttelt hat. Es geht um eine spukhafte Fernwirkung atomarer Teilchen.

André Stefanov forscht in einem Gebiet, das Albert Einstein ein Graus war.
André Stefanov forscht in einem Gebiet, das Albert Einstein ein Graus war.
Raphael Moser

Wer die Quantentheorie begreift, hat sie nicht verstanden. Dieser Satz stammt von einem berühmten Physiker. Es war nicht Albert Einstein, denn dieser konnte sich mit den Merkwürdigkeiten der Quantentheorie, die das Ver­halten atomarer Teilchen beschreibt, nie anfreunden.

Aber Einstein lag falsch. Die Natur hat Dinge auf Lager, die unseren angeblich gesunden Menschenverstand arg strapazieren.Mit einem dieser Phänomene beschäftigt sich André Stefanov. Der in Genf aufgewachsene 42-jährige Professor ist Leiter der Quantenoptik am Institut für angewandte Physik der Uni Bern.

Stefanov ist dem Mysterium der sogenannt verschränkten Lichtteilchen auf der Spur. Nun ist ihm und seinem Kollegen Stefan Lerch ein wichtiger Schritt zu neuen Messmethoden gelungen. Ihre Studie wurde im Fachmagazin «Nature Communications Physics» publiziert.

Auf alle Distanzen verbunden

André Stefanov — leger in Jeans, Turnschuhen und einem saloppen Sommerhemd — versucht in seinem Labor quantenphysi­kalische Phänomene allgemein ­verständlich zu erklären. Ein ­Versuch: «Die Verschränkung ­beschreibt die Eigenschaft zweier Partikel, sich nicht wie zwei unabhängige Objekte, sondern wie ein einziges physi­kalisches System zu verhalten.»

Oder ­anschaulicher: Ein Laserstrahl schickt ein Lichtteilchen (Photon) durch einen Kristall, wo sie sich in zwei gleichwertige Teilchen teilen. Auch wenn sich die beiden Photonen Lichtjahre voneinander entfernen, bleiben sie auf geheimnisvolle Weise miteinander verbunden. Ändert man Eigenschaften des einen Teilchens, ändert sich das andere ­augenblicklich entsprechend, egal, wie weit voneinander die beiden entfernt sind; sie bleiben untrennbar miteinander ver­bunden.

Ein Graus für Einstein

Diese spukhafte Fernwirkung war Albert Einstein ein Graus. Aber es gibt sie, sie wurde seit den 1960-Jahren in zahlreichen Experimenten bestätigt. Könnte man Spielwürfel verschränken, würden zwei Spieler — egal, wie weit entfernt sie voneinander sind — immer die gleiche Zahl würfeln.

«Es macht einfach Spass»

Das tönt nach Science Fiction. Dennoch können sich Forscher verschränkte Teilchen für irdische Dinge zunutze machen. Etwa in Quanten­computern, die die Geschwindigkeit und Kapazität heutiger Rechner weit in den Schatten stellen würden. Oder in der Kryptografie, der Verschlüsselungstechnik.

«Wir betreiben Grund­lagen­forschung, und es macht einfach Spass.»

André Stefanov

Und wozu taugt das Berner ­Experiment? «Eine schlechte Frage», sagt André Stefanov und lacht, «wir betreiben Grundlagenforschung, und es macht einfach Spass.» Dann ernsthafter: Eine vielversprechende Anwendung könnte dereinst die Spek­troskopie sein, eine physikalische Methode zur Unterscheidung von Molekülen. «Die verschränkte Photonen-Spektroskopie wird die bisherige optische revolutionieren.»

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