Quanten-Rekord: Kugel von Atomen landet in zwei Spots auf einmal!

Versuchen Sie sich einen winzigen Ball vorzustellen, der auf Ihrer Fingerspitze und auch auf Ihrer Schulter in demselben Moment sitzt. Haben Sie Schwierigkeiten? Die meisten von uns können nicht begreifen, dass ein Objekts sich an zwei Orten gleichzeitig aufhält, und doch haben Physiker nun diesen Effekt über eine Entfernung von einem halben Meter demonstriert, welcher alle Rekorde brach.

Es ist ein Beispiel der Superposition, die Idee, dass ein Gegenstand in zwei Quantenzuständen zur gleichen Zeit bestehen kann. Es bleibt bestehen, bis es beobachtet wird, und dadurch ein Kollabieren der Wellenfunktion zu einem Zustand ausgelöst wird. Derselbe Grundsatz erlaubt Schrödinger’s Katze, sowohl tot als auch lebendig innerhalb eines Kastens zu sein, bis Sie den Deckel öffnen.

Wir denken oft die Quantenmechanik sei nur eine Anwendung für subatomare Teilchen, aber es gibt nichts in der Theorie, was die Reichweite begrenzt. Das ist der Grund, warum neue Experimente versuchen den Übergang zwischen der Quanten- und der alltäglichen Welt zu sondieren.

“Wir fragen uns alle, ob es Regime gibt, in denen Überlagerungen klassische Zustände der Materie werden.” – sagt Mark Kasevich von der Stanford University in Kalifornien

Um das herauszufinden, schufen Kasevich und seine Kollegen ein Bose-Einstein Kondensat (BEC) – eine Wolke von 10,000 Rubidium-Atomen, alle in demselben Quanten-Zustand. Sie schossen diese Wolke, nur wenige Millimeter breit, eine 10 Meter hohe Kammer mit Hilfe von Lasern entlang, welche die Atome in zwei getrennte Zustände drang.

Als das BEC die Spitze des Raums erreichte, ist seine Wellen-Funktion eine 50-50 Mischung aus diesen Zuständen über 54 cm, also 54 cm entfernte Superpositionen. Es bleibt in dieser Überlagerung für etwa eine Sekunde, bis die Wolke wieder nach unten fällt. Am Boden schalten die Laser die beiden Zustände wieder in einen, und dabei stellt sich heraus, dass die Atome von zwei verschiedenen Höhen zurückgelangten. Das bestätigt, dass sich das BEC in der Tat in einer Superposition an der Oberseite der Kammer befand. (Nature, DOI 10.1038 / nature16155Nature, DOI 10.1038 / nature16155)

Frühere Experimente bewiesen eine Überlagerung über viel kleinere Entfernungen und Zeiten – einen Zentimeter bei ein Viertel einer Sekunde. Kasevich’s Arbeit rückt es in menschliche Maßstäbe.

“Unsere Arbeit ist wirklich für große Abspaltung ausgelegt. Niemand hat das vorher getan.” – erklärte er

Dieses Experiment erforderte eine Kühlung der Kammer auf einen Bruchteil über dem absoluten Nullpunkt und eine minutiöse Einstellung der BEC-Flugbahn bezogen auf die Erdrotation während des Experiments. Klaus Hornberger von der Universität Duisburg-Essen DE, sagte dazu:

“Sie haben das noch Unbekannte erforscht!”

Aber es kann sein, dass weniger von einem Durchbruch zu reden ist. Im Jahr 2013 entwickelte Hornberger einen ‘verrückten Maßstab’, welcher die Resultate der Experimente, wie weit sich Quanteneffekte in der alltäglichen Welt zeigen, bewertete. Kasevich erweiterte die Entfernungsskala, machte aber Kompromisse auf andere Weise. Hornberger bewertet also ungefähr das Gleiche wie bei früheren Versuchen.

Das bedeutet, dass eine wahre “Schrödingers Katze” noch nicht realisierbar ist.

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