Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einsteins Äquivalenzprinzip besteht einen echten Quantentest

01.06.2017

Einsteins Äquivalenzprinzip ist für das Verständnis der Gravitation und der relativistischen Raumzeit von fundamentaler Bedeutung. Aus ihm folgt, dass unter dem Einfluss der Gravitation alle Körper in derselben Art und Weise fallen – sei es eine Vogelfeder oder ein Felsblock. Bis jetzt war dieses Prinzip nur für Systeme getestet worden, deren Gesamtmasse sich in einem klassischen Zustand befindet. Caslav Brukner von der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften stellte als Teil einer internationalen Kooperation das Einsteinsche Äquivalenzprinzip erstmals für Atome auf die Probe, deren Gesamtmasse in einer Quantensuperposition überlagert war.

In einem sagenumwobenen Versuch ließ der italienische Wissenschaftler Galileo Galilei im 16. Jahrhundert angeblich Kugeln unterschiedlicher Masse vom Schiefen Turm von Pisa fallen. Damit soll er gezeigt haben, dass unter dem Einfluss der Gravitation verschiedene Körper mit derselben Beschleunigung fallen.


Die ForscherInnen bestätigten die Gültigkeit des Äquivalenzprinzips mit einer relativen Genauigkeit von einigen Milliardstel.

Guglielmo M. Tino, Universität Florenz

Die Weiterentwicklung der Kernidee des Galileischen Versuchs durch Albert Einstein, Einsteins Äquivalenzprinzip, führte zur Entstehung einer der Grundsäulen moderner Naturwissenschaft, der Relativitätstheorie.

Nun hat ein internationales Team um Guglielmo Tino (Universität Florenz und INFN) ein Experiment realisiert, das als Quantenanalog des legendären Galileischen Tests betrachtet werden kann. Mit der Expertise von theoretischen PhysikerInnen der Universität Wien, der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Queensland konnten ForscherInnen der Universitäten Florenz und Bologna und der Europäischen Raumfahrtsbehörde ESA Aspekte der Relativitätstheorie und der Quantenphysik kombinieren, und so ein Schema zur Messung des Einsteinschen Äquivalenzprinzip für ein Quantensystem entwickeln und im Experiment testen.

Ein Quantenlabor ersetzt den Schiefen Turm von Pisa
In der klassischen Physik beschreibt die berühmte relativistische Formel E=mc2, wie die Gesamtmasse eines Systems von seiner Energie abhängt. Im Gegensatz zur klassischen Theorie muss in der Quantentheorie ein System jedoch nicht immer eine bestimmte Energie haben. Es kann gleichzeitig zwei oder mehrere unterschiedliche Energiezustände in einer sogenannten Quantensuperposition einnehmen. Ein Quantensystem kann daher verschiedene Masse-Energien in Superposition aufweisen.

Im aktuellen Versuch maßen die ForscherInnen die durch die Gravitation verursachte Beschleunigung von Rubidium-Atomen. Diese waren von den ForscherInnen in Quantensuperpositionen von verschiedenen inneren Energien gebracht und mittels Laserlicht auf außerordentlich niedrige Temperaturen nahe dem Absoluten Nullpunkt gekühlt worden.

Um ihre Messungen durchzuführen, verwendeten die WissenschafterInnen ein neues Schema, das in der Gruppe in Florenz entwickelt wurde und auf einem Braggschen Atominterferometer beruht. Das Experiment bestätigte die Gültigkeit des Äquivalenzprinzips für Quantensuperpositionen mit einer relativen Genauigkeit von einigen Milliardstel.

"Das Experiment zeigt, dass die Körper, die keine wohl definierte Masse-Energie haben, in derselben Art und Weise fallen, wie jene mit einer bestimmten Masse-Energie. Damit ist die Gültigkeit des Einsteinschen Äquivalenzprinzips im Bereich der Quantenphysik überprüft", fasst Caslav Brukner, Co-Autor der Publikation, zusammen.

Mögliche Anwendungen
Das im Experiment umgesetzte Schema kann zur Entwicklung neuer Sensoren mit vielfältigen Anwendungen führen: in der Geodäsie, in Studien über Vulkanausbrüche und Erdbeben, bei der Suche nach Mineralvorkommen, in der Trägheitsnavigation sowie bei Präzisionsmessungen von Zeit, Frequenzen, Beschleunigungen und Rotationen, um die grundlegenden Gesetze der Physik auf der Erde und im Weltall zu testen.

Publikation in "Nature Communications"
"Quantum test of the equivalence principle for atoms in superpositions of internal energy eigenstates", G. Rosi, G. D'Amico, L. Cacciapuoti, F. Sorrentino, M. Prevedelli, M. Zych, C. Brukner, G. M. Tino, Nature Communications
DOI: 10.1038/NCOMMS15529

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Mag. Dr. Caslav Brukner
Fakultät für Physik
Universität Wien
Institut für Quantenoptik und Quanteninformation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Boltzmanngasse 5, 1090 Wien
M +43-664-60277-725 82
caslav.brukner@univie.ac.at

Rückfragehinweise
Alexandra Frey
Pressebüro der Universität Wien
Forschung und Lehre
1010 Wien, Universitätsring 1
T +43-1-4277-175 33
M +43-664-602 77-175 33
alexandra.frey@univie.ac.at

Sven Hartwig
Leiter Öffentlichkeit & Kommunikation
Österreichische Akademie der Wissenschaften
1010 Wien, Dr. Ignaz Seipel-Platz 2
T +43 1 51581-13 31
sven.hartwig@oeaw.ac.at

Offen für Neues. Seit 1365.
Die Universität Wien ist eine der ältesten und größten Universitäten Europas: An 19 Fakultäten und Zentren arbeiten rund 9.600 MitarbeiterInnen, davon 6.800 WissenschafterInnen. Die Universität Wien ist damit die größte Forschungsinstitution Österreichs sowie die größte Bildungsstätte: An der Universität Wien sind derzeit rund 94.000 nationale und internationale Studierende inskribiert. Mit über 175 Studien verfügt sie über das vielfältigste Studienangebot des Landes. Die Universität Wien ist auch eine bedeutende Einrichtung für Weiterbildung in Österreich. http://www.univie.ac.at

Österreichische Akademie der Wissenschaften
Forschen für morgen.
Die Österreichische Akademie der Wissenschaften hat die gesetzliche Aufgabe, „die Wissenschaft in jeder Hinsicht zu fördern“. 1847 als Gelehrtengesellschaft gegründet, steht sie mit ihren heute über 780 Mitgliedern, 28 Forschungsinstituten sowie rund 1.450 Mitarbeiter/innen für innovative Grundlagenforschung, interdisziplinären Wissensaustausch und die Vermittlung neuer Erkenntnisse – mit dem Ziel zum wissenschaftlichen und gesamtgesellschaftlichen Fortschritt beizutragen. http://www.oeaw.ac.at

Stephan Brodicky | Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt
21.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern
20.06.2018 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

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