Ihre Idee, dafür bewegliche Spiegel zu nutzen, wurde nun im Wissenschaftsmagazin "Nature Physics" veröffentlicht.
Die Studie:
"Probing Planck-scale physics with quantum optics"von Igor Pikovski und Kollegen ist in "Nature Physics" erschienen.
Sehr klein, sehr viel Energie
Seit Jahrzehnten wird nach einer Vereinigung der beiden großen physikalischen Theorien des 20. Jahrhunderts, der Quantentheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie zu einer "Weltformel", der Quantengravitation, gesucht. Doch bisher haben sich die Physiker daran die Zähne ausgebissen. Denn während die Quantenmechanik Phänomene beschreibt, die sich auf Ebene einzelner Teilchen, Atome und Moleküle abspielen, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie vor allem Vorgänge im Zusammenhang mit großen Massen. Erwartet wird die Verschmelzung der beiden Theorien auf der sogenannten Planck-Skala.
Doch genau da wird es schwierig. Denn die Planck-Länge beträgt 10 hoch minus 35 Meter (34 Nullen hinter dem Komma). Wäre die Planck-Länge ein Meter, dann wäre ein Atom so groß wie das gesamte sichtbare Universum. Auch die Planck-Energie ist so hoch, dass selbst die Teilchen-Kollisionen am CERN-Beschleuniger LHC wie ein unabsichtlicher Rempler und nicht wie ein Frontal-Crash wirken. Nur die Planck-Masse ist mit menschlichen Maßstäben nachvollziehbar: sie beträgt etwa 20 Mikrogramm.
Quanteneffekte beobachtbar machen
"Ein Staubkorn ist etwa so schwer. Aber für ein Atom ist ein solches Staubkorn spektakulär schwer, etwa so schwer, wie für einen Menschen der Mond. Üblicherweise nur im Größenbereich von Atomen zu beobachtende Quanteneffekte sind bei solchen Massen nicht zu sehen", so Igor Pikovski von der Gruppe Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation der Universität Wien.
Doch schon länger versuchen Physiker, die seltsam anmutenden Effekte der Quantenphysik auch an größeren Objekten nachzuweisen. Besonders erfolgreich ist hier das Team um den Physiker Markus Aspelmeyer, das das Ziel verfolgt, Quanteneffekte an mechanischen schwingenden Spiegeln aus Silizium zu beobachten.
Diese Spiegel sind gerade noch mit freiem Auge erkennbar - also winzig für herkömmliche Maßstäbe, aber riesig in der Welt der Quanten. Pikovski und seine Kollegen von der Uni Wien und vom Imperial College London wollen nun mit Hilfe dieser Spiegel auch die Quantengravitation untersuchen.
Von Masse abhängige Resultate
Der Hintergrund dazu lautet: Die Quantenmechanik verbietet es, die Position und die Geschwindigkeit eines Teilchens gleichzeitig zu kennen. Trotzdem sind aufeinanderfolgende Messungen vom Ort und vom Impuls möglich: Entweder man misst zuerst den Ort und dann den Impuls oder umgekehrt. Je nachdem welche Reihenfolge man wählt, erhält man unterschiedliche Resultate.
Viele Theorien zur Quantengravitation besagen jedoch, dass sich dieser Unterschied abhängig von der Masse ändert, denn die Planck-Länge begrenzt die Messgenauigkeit vom Ort. Die Forscher in Wien und in London haben jetzt gezeigt, dass trotz dieser nur sehr kleinen Änderung ein messbarer Effekt bei sehr massiven Quantensystemen auftreten kann.
Direkte Tests möglich
Ihre Idee besteht darin, diese Differenz zwischen den beiden Messreihenfolgen in neuen Quantensystemen zu testen: und zwar mit Hilfe eines Spiegels. Die Forscher schlagen vor, vier Wechselwirkungen zwischen einem Laserstrahl und einem beweglichen Spiegel zu nutzen, um genau diesen Unterschied zwischen der Reihenfolge der Messungen des Orts und des Impulses zu untersuchen.
"Jegliche Abweichung von dem erwarteten quantenmechanischen Ergebnis wäre sehr spannend", sagt Igor Pikovski, "und selbst wenn man keine Abweichung misst, erhält man eine Einschränkung für mögliche neue Theorien". In der Tat machen einige der Theorien zur Quantengravitation von der Quantenmechanik abweichende Vorhersagen für das Ergebnis des Experiments.
Die Forscher zeigen mit ihrer Arbeit, dass es möglich ist, einige Vorhersagen der noch unerforschten Quantengravitation direkt im Labor zu testen.
science.ORF.at/APA
