Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einsteins "Spukhafte Fernwirkung" verbessert Präzisionsinstrumente

14.10.2011
Verschränkte Zustände für hochgenaue Uhren

Atome, die Bausteine der Natur, können als äußerst präzise Messinstrumente eingesetzt werden. So wird beispielsweise seit den1960er Jahren unsere Zeit durch die innere Schwingungsfrequenz von Cäsium-Atomen definiert.

In einer hochpräzisen Atomuhr wird die innere Schwingungsfrequenz der Atome gemessen und in einen Sekundentakt umgewandelt. Diese Frequenz kann allerdings nicht mit beliebiger Genauigkeit bestimmt werden. Es gibt eine fundamentale Grenze der Genauigkeit durch das sogenannte Schrotrauschen. Dies sind grundsätzliche, statistische Schwankungen der Messwerte, die auftreten, wenn die Atome unabhängig voneinander schwingen.

Einer Forschergruppe des Exzellenzclusters QUEST (Centre of Quantum Engineering and Space-Time Research) an der Leibniz Universität Hannover ist es jetzt in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Spanien, Italien und Dänemark gelungen, diese Grenze des Schrotrauschens zu überwinden. Der Artikel "Twin matter waves for interferometry beyond the classical limit" erscheint online am 13. Oktober 2011 bei Science Express.

In einer Atomuhr pendeln die Atome stufenlos zwischen zwei inneren Zuständen hin und her. Zur Bestimmung der Zeit müssen die Schwingungen in einem bestimmten Zeitraum gezählt werden. Dies erfordert, den inneren Zustand aller Atome zu messen. Während der Messung verhalten sich die Atome wie unabhängige Würfel, da sie trotz der stufenlosen Schwingung immer nur in einem der beiden inneren Zustände gemessen werden können. Die Messung eines der beiden inneren Zustände entspricht hier dem Würfeln einer geraden oder ungeraden Augenzahl. Wenn 100 Würfel gleichzeitig geworfen werden und die Menge der geraden und ungeraden Augenzahlen gezählt wird, erwartet man ein Ergebnis von 50 geraden und 50 ungeraden Zahlen. Allerdings kommen wegen der statistischen Wahrscheinlichkeit und der endlichen Anzahl der Würfel häufig kleine Abweichungen vor - zum Beispiel 48 gerade und 52 ungerade Zahlen. Diese Abweichungen werden als Schrotrauschen bezeichnet. Sie treten auch auf, wenn der innere Zustand der Atome gemessen wird und begrenzen daher die Genauigkeit einer Atomuhr. Diese Genauigkeitsgrenze kann nur überwunden werden, indem die Eigenarten der Quantenmechanik genutzt werden.

In der Quantenmechanik können zwei Atome miteinander "verschränkt" werden. Die beiden Atome verhalten sich dann wie ein Paar Würfel, das auf wundersame Weise immer genau eine gerade und eine ungerade Zahl zeigt. Wenn jetzt 50 solcher verschränkter Würfelpaare geworfen werden, erhält man immer 50 gerade und 50 ungerade Zahlen und die physikalische Grenze des Schrotrauschens ist überwunden. Diese Besonderheit der Physik war lange Zeit umstritten. Sogar Albert Einstein bezeichnetet diesen Effekt als "spukhafte Fernwirkung" und war generell skeptisch: "Gott würfelt nicht." Heute ist Verschränkung ein wesentlicher Bestandteil unseres Verständnisses von Natur und ihre Existenz wurde in vielen physikalischen Experimenten nachgewiesen.

Die Experimente in Hannover haben gezeigt, dass solche verschränkten Paare von Atomen bei extrem kalten Temperaturen hergestellt werden können. Zu diesem Zweck kühlen die Wissenschaftler einige zehntausend Rubidium-Atome mit Lasern bis fast an den absoluten Temperaturnullpunkt. Die kalten Rubidium-Atome verhalten sich wie kleine Magnete, bei denen der innere Zustand durch die magnetische Ausrichtung definiert ist. Zunächst mit horizontaler Ausrichtung vorbereitet, bilden die Atome dann verschränkte Paare mit je einem ab- und einem aufwärts gerichteten Atom, die den geraden oder ungeraden Würfelergebnissen entsprechen. "In einer Reihe von Messungen haben wir gezeigt, dass diese verschränkten Atompaare in der Tat für hochgenaue Messungen jenseits der Grenzen des Schrotrauschens geeignet sind", erklärt Dr. Carsten Klempt, Physiker am Institut für Quantenoptik der Leibniz Universität Hannover. "Dieser Prozess, den Einstein noch als "spukhafte Fernwirkung" abgetan hat, wird zukünftige Atomuhren sehr viel genauer machen", so Klempt weiter.

Hochpräzise Atomuhren sind für die Verbesserung einer Vielzahl von modernen Entwicklungen wichtig, darunter das Global Positioning System (GPS), die präzise Synchronisation der Stromnetze oder des Internets. Auch im Bereich der Erdbeobachtung können Messungen der Beschleunigung, Rotation oder Schwerkraft mit Hilfe von verschränkten Atomen deutlich verbessert werden.

Achtung Sperrfrist: Donnerstag, 13. Oktober 2011, 20 Uhr MEZ!

Hinweis an die Redaktion:
Für weitere Informationen stehen Ihnen Dr. Carsten Klempt vom Institut für Quantenoptik unter Telefon +49 511 762 2238 oder per E-Mail unter klempt@iqo.uni-hannover.de sowie Dr. Ude Cieluch, QUEST Kommunikation, unter Telefon +49 511 762 17481 oder per E-Mail unter ude.cieluch@quest.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.

Der Exzellenzcluster QUEST (Centre for Quantum Engineering and Space-Time-Research) wird seit November 2007 innerhalb der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern gefördert. Die Hauptforschungsbereiche des Clusters sind das Quantenengineering und die Raum-Zeit-Forschung. Beteiligt sind sechs Institute der Leibniz Universität Hannover sowie die folgenden externen Partner: Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) mit dem Gravitationswellendetektor GEO600, das Laser Zentrum Hannover e.V., die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig und das Zentrum für Angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen

Referat für Kommunikation und Marketing
Leibniz Universität Hannover
Welfengarten 1
30167 Hannover
Tel.: 0511/762-5342
Fax: 0511/762-5391
mailto:info@pressestelle.uni-hannover.de

| Leibniz Universität Hannover
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie