Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mehr Quanten sind anders

08.01.2013
Forscher beschreiben neue Strukturen beim Übergang vieler Quantenteilchen von quantenmechanischem zu klassischem Verhalten

„Eure Rede aber sei: Ja, ja; nein, nein“: Mit dieser Devise legt das Matthäus-Evangelium die Grundlage für die klassische Aussagelogik. Eine Behauptung ist demnach entweder wahr oder falsch – eine dritte Möglichkeit kann es nicht geben. Die Quantenmechanik erschüttert diesen Leitsatz jedoch in seinen Grundfesten, denn einander ausschließende Alternativen können in der Welt der Quanten gleichzeitig vorkommen.


Die rote Kurve zeigt die theoretische Vorhersage aus Freiburg, die schwarzen Messpunkte das Experiment. Der Übergang von klassischem Verhalten (obere graue gestrichelte Linie) zu quantenphysikalischem Verhalten (untere graue gestrichelte Linie) verläuft nicht gleichförmig, sondern weist bei endlichen Werten der Beobachtungsstärke einen Extremalwert auf. Dieser liegt außerhalb des erwarteten Bereichs zwischen klassischem und quantenmechanischem Verhalten.
Universität Freiburg

Dies hat neben erkenntnistheoretischen Einsichten auch praktische Konsequenzen, zum Beispiel für die Entwicklung hochpräziser Uhren, bei der Verschlüsselung geheimer Daten oder für die Konstruktion von Quantencomputern mit bisher ungeahnter Rechenleistung. Solch quantenmechanisches Sowohl-als-auch, unter Fachleuten als kohärente Superposition bekannt, ist jedoch äußerst empfindlich. Bereits die Beobachtung eines quantenmechanischen Superpositionszustands führt rasch zu dessen Kollaps. Mit zunehmender Größe eines physikalischen Systems geht die Superpositionsfähigkeit nach und nach verloren – dieser „quanten-klassische Übergang“ gilt als Grund dafür, dass die oben genannte, klassische Aussagelogik im täglichen Leben dennoch Bestand hat.

Bisher war der quanten-klassische Übergang lediglich für ein oder zwei Quantenteilchen systematisch untersucht worden. Man ging davon aus, dass die Superpositionsfähigkeit mit zunehmender Beobachtungsstärke, das heißt bei stärkerer Wechselwirkung mit einem Messapparat, stetig abnehmen müsse. In enger Zusammenarbeit mit Experimentatoren um Prof. Dr. Yoon-Ho Kim an der Pohang University of Science and Technology/Südkorea haben nun die Freiburger Theoretischen Physiker Dr. Malte C. Tichy, Dr. Florian Mintert und Prof. Dr. Andreas Buchleitner gezeigt, dass dies für Superpositionszustände von mehr als zwei Teilchen in der Regel nicht mehr zutrifft. Der quanten-klassische Übergang verläuft meist nicht gleichförmig, legen die Wissenschaftler in ihrer Studie dar, die in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „PNAS“ erschienen ist. Geeignet definierte Maße der Superpositionsfähigkeit können mit zunehmender Beobachtungsstärke überraschenderweise auch zunehmen.

Die Ursache hierfür liegt in einem neuen strukturellen Element, das lediglich Superpositionszustände mit mehr als zwei Teilchen aufweisen und das bisher unbeachtet blieb: Bei maximal zwei Teilchen sind klassisch unvereinbare Alternativen wie links oder rechts immer eindeutig unterscheidbar, wenn nur die Teilchen als solche durch eine geeignete Messung unterscheidbar werden. Diese Eindeutigkeit geht bei größerer Teilchenzahl verloren, wie die Freiburger Theorie und das Experiment in Pohang zeigen. Die Erkenntnisse eröffnen somit neue Wege für ein tieferes Verständnis des Grenzverlaufs und -übergangs zwischen der Welt der klassischen Aussagelogik und der Welt der Quanten. Die gemeinsamen Ergebnisse aus Pohang und Freiburg wurden vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) und der National Research Foundation im Rahmen des German-Korean Partnership Program gefördert.

Originalveröffentlichung:

Young-Sik Ra, Malte C. Tichy, Hyang-Tag Lim, Osung Kwon, Florian Mintert, Andreas Buchleitner, Yoon-Ho Kim: Nonmonotonic quantum-to-classical transition in multiparticle interference. doi: 10.1073/pnas.1206910110. PNAS 2013

Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Buchleitner
Physikalisches Institut
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-5830
Fax: 0761/203-5967
E-Mail: abu@uni-freiburg.de

Rudolf-Werner Dreier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Schnell wachsende Galaxien könnten kosmisches Rätsel lösen – zeigen früheste Verschmelzung
26.05.2017 | Max-Planck-Institut für Astronomie

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften