Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn sich Licht und Bewegung verbinden

02.12.2014

Der Physiker Tobias Kippenberg misst und manipuliert kleine, aber mit blossem Auge noch sichtbare Oszillatoren, deren optische und mechanische Eigenschaften den Gesetzen der Quantenphysik folgen. Für seine innovative Forschungsarbeit wird der Wissenschaftler mit dem Nationalen Latsis-Preis 2014 ausgezeichnet.

Die Gesetze der Quantenphysik sind in der Regel auf mikroskopisch kleine Massstäbe wie z. B. Elementarteilchen oder Atome, anwendbar. Tobias Kippenberg, Professor am Laboratory of Photonics and Quantum Measurements der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), versucht, diese Teilchen anhand von makroskopischen "mechanischen Resonatoren", die aus Milliarden von Atomen bestehen, aufzuzeigen, zu steuern und zu erforschen. Für diese Grundlagenforschung im Bereich der Resonator Quanten-Optomechanik erhält der 38-jährige Physiker nun den Nationalen Latsis-Preis 2014.

Nach dem Studium an der Universität Aachen, gefolgt von einem Master-Studium, der Promotion und einem Postdoktorat am Caltech in Pasadena/Kalifornien leitete Tobias Kippenberg mehrere Jahre eine selbstständige Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Deutschland, wo er mit dem Nobel-preisträger Theodor Hänsch zusammenarbeitete. 2008 wechselte er an die EPFL, an der er im Jahr 2013 zum ordentlichen Professor berufen wurde.

Winzige Strukturen
Zurzeit erforscht er nanoskalige Oszillatoren aus Glas in Form eines Velorads mit einem Durchmesser von 24 Mikrometern (halb so dick wie ein Haar). Im torischen Teil der Struktur (dem "Reifen" des Velorads) kann Licht zirkulieren, das, wenn es gegen die Wände der Struktur prallt, einen sog. Strahlungsdruck auf das Glas ausübt, der eine leichte mechanische Vibration erzeugen kann.
Diese Resonatoren sind in der Lage, auf kleinem Raum für relativ lange Zeit Photonen (Licht) und Phononen (Schwingungen) zu speichern.

Fast absoluter Nullpunkt
In den Experimenten von Tobias Kippenberg wird der Resonator zunächst auf eine Temperatur von einem halben Grad über dem absoluten Nullpunkt herunter gekühlt (-273,15 °C). Aber selbst diese Kälte reicht nicht aus, um in das Quantenregime vorzudrin-gen, da die thermische Anregung des mechanischen Oszillators eine sog. "Quanten-Dekohärenz" erzeugt. In einem im Jahr 2012 in der Zeitschrift Nature erschienenen Artikel haben Tobias Kippenberg und sein Team erstmals berichtet, dass sich durch weitere Reduzierung der Temperatur des mechanischen Oszillators durch eingekoppeltes Laserlicht, das Regime der Quanten-Kohärenten Kopplung zwischen Licht und einem Mechanischen Oszillator erreichen lässt. Während dieses Prozesses wird die Wechselwirkung zwischen Licht und Resonatorschwingung so stark, dass beide eine unzertrennliche Verbindung eingehen. Der Austausch von Energie zwischen dem mechanischen Oszillator und dem Lichtfeld erfolgt dabei so schnell, dass die Kohärenz der Quanten-Zustände gewahrt bleiben kann.

An diesem Punkt ist der Oszillator so kalt, dass er sich die meiste Zeit im Quantengrundzustand befindet. Dabei handelt es sich um einen minimalen Schwingungszustand, der nur mit Hilfe der Quantenmechanik beschrieben werden kann (die insbesondere besagt, dass ein Objekt selbst am absoluten Temperaturnullpunkt nie völlig unbeweglich ist).

Praktische Quanten
Parallel zur Grundlagenforschung betreibt Tobias Kippenberg auch anwendungsorientierte Forschung. So nutzt der Physiker eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft der Mikroresonatoren: wird das Licht eines Laserstrahls mit Hilfe einer kleinen Glasfaser in einen Mikroresonator eingekoppelt, kann es einen "optischen Frequenzkamm" erzeugen.

Frequenzkämme dienen insbesondere zur ultrapräzisen Kalibrierung von astronomischen Spektrometern oder zur Steigerung der Präzision von Atomuhren. Das Problem besteht darin, dass die derzeitigen Generatoren die Grösse eines Tisches haben und sehr teuer und komplex sind. Die von Tobias Kippenberg hingegen sind winzig klein und werden nach den gleichen Verfahren wie Mikrochips hergestellt. Ein erstes Patent wurde 2007 angemeldet, das zweite folgte im Jahr 2013. Der deutsche Wissenschaftler hofft, dass der Vermarktung dieser Erfindung im Rahmen eines Start-Ups nun nichts mehr im Wege steht.

Der mit 100 000 Schweizer Franken dotierte Nationale Latsis-Preis ist eine der wichtigsten wissenschaftlichen Auszeichnungen der Schweiz. Er wird jedes Jahr vom SNF im Auftrag der Internationalen Latsis-Stiftung verliehen und honoriert herausragende wissen-schaftliche Leistungen einer in der Schweiz tätigen Forscherin oder eines Forschers im Alter von maximal 40 Jahren.
Die Übergabe dieses Preises, der zum 31. Mal verliehen wird, findet am 14. Januar 2015 von 10.30 bis 12.00 Uhr im Rathaus Bern statt. Die Teilnahme an der Veranstaltung steht allen Medien offen.

Kurzbiographie:
Tobias Kippenberg wurde 1976 in Berlin geboren und wuchs zunächst in Groningen, Niederlande, und später in Bremen, Deutschland, auf. Nach seinem Bachelorabschluss in Physik in Aachen wechselte er zum Caltech in Pasadena, Kalifornien, wo er sein Masterstudium (1999), sein Doktorat (2004) und ein Postdoktorat absolvierte. Nach einigen Jahren Tätigkeit als selbständiger Nachwuchs-Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und einer Habilitation an der LMU München, in Deutschland folgte er dem Ruf an die EPFL, wo er im Jahr 2013 ordentlicher Professor wurde.

Ein ausführliches Porträt von Tobias Kippenberg findet sich in der neusten Ausgabe von «Horizonte», dem Schweizer Forschungsmagazin, das soeben erschienen ist: www.snf.ch/Horizonte
Bilder von Tobias Kippenberg können Sie hier herunterladen:
www.snf.ch > Fokus Forschung > Medien > Medienmitteilungen

Die Preise der Latsis-Stiftung
Die Latsis-Stiftung wurde 1975 von der griechischen Familie Latsis in Genf gegründet. Der Schweizerische Nationalfonds verleiht den Nationalen Latsis-Preis im Auftrag der Stiftung. Darüber hinaus gibt es vier mit jeweils 25‘000 Schweizer Franken dotierte Latsis-Universitätspreise, die von den Universitäten Genf und St. Gallen, der ETH Zürich und der EPFL verliehen werden.

Kontakt
Prof. Tobias Kippenberg
Laboratoire de Photonique et de Mesure Quantique (LPQM)
EPFL
CH-1015 Lausanne
Tel: +41 21 693 4428
E-Mail: tobias.kippenberg@epfl.ch

Text und Fotos dieser Pressemitteilung stehen auf der Website des Schweizerischen Nationalfonds zur Verfügung.


Weitere Informationen:

http://www.snf.ch/de/fokusForschung/newsroom/Seiten/news-141202-medienmitteilung-wenn-sich-licht-und-bewegung-verbinden.aspx

Medien - Abteilung Kommunikation | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht »Die Oberfläche 2018« – Fünf Nominierungen gehen in die Endrunde
18.05.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht DFG fördert Entwicklung innovativer Forschungssoftware an der Universität Bremen
17.05.2018 | Universität Bremen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics