Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der "Molekulare Oktopus" als kleiner Bruder von "Schrödingers Katze"

06.04.2011
Rekord bei Quantenphysik maßgeschneiderter organischer Makromoleküle
Ein neuer Rekord im Nachweis quantenphysikalischer Eigenschaften von Nanopartikeln gelang QuantennanophysikerInnen der Universität Wien in Kooperation mit ChemikerInnen aus der Schweiz und den USA: Erstmals wurde das Quantenverhalten von Molekülen aus mehr als 400 Atomen nachgewiesen. Dabei stellen die WissenschafterInnen mit dem "Molekularen Oktopus" – angelehnt an die Gestalt der verwendeten Moleküle – einen wichtigen Aspekt des Gedankenexperiments "Schrödingers Katze" nach. Die Forschungsergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications präsentiert.

Künstlerische Darstellung der komplexesten und massivsten Moleküle (PFNS-10, TPP-152) mit denen Quanteninterferenz nachgewiesen werden konnte
(Illustration: Mathias Tomandl)

"Schrödingers Katze": zugleich tot und lebendig?

Die Quantenmechanik stellt seit Beginn des 20. Jahrhunderts eine der tragenden Säulen der modernen Physik dar. Einige ihrer Voraussagen stehen aber in eklatantem Widerspruch zu unserer Intuition und den Beobachtungen in unserer Alltagswelt. Dieser Widerspruch wurde vom österreichischen Physiker Erwin Schrödinger vor 80 Jahren auf den Punkt gebracht: Er fragte sich, ob es möglich sei, auch extreme Überlagerungszustände zu realisieren – zum Beispiel den einer Katze, die zugleich tot und lebendig sei. Aus gutem Grund wurde dieses Experiment nie tatsächlich erprobt. Ein Forschungsteam um Markus Arndt, Professor für Quantennanophysik an der Universität Wien, zeigt nun, dass es möglich ist, mit großen organischen Molekülen wichtige Aspekte von Schrödingers Gedankenexperiment nachzustellen.

Superposition bei immer größeren Objekten

In der Quantenphysik wird die Ausbreitung einzelner massiver Teilchen durch Materiewellen beschrieben. Somit verlieren die Teilchen in der Praxis in gewissem Sinn ihre klassische Eigenschaft, einen Ort zu haben; ihre quantenphysikalische Wellenfunktion kann gleichzeitig an mehreren Orten sein. "Dieser Zustand ähnelt formal demjenigen einer Katze, die zugleich lebt und tot ist. Die Quantenphysik bezeichnet dies als 'Superposition'", sagt Markus Arndt.

Sein Forschungsteam an der Universität Wien beschäftigt sich mit der Frage, bis zu welcher Komplexität man diese erstaunlichen Gesetze der Quantenphysik nachweisen kann. Dazu untersuchen die PhysikerInnen in einem Interferometer das Quantenverhalten immer größerer Moleküle, insbesondere deren Überlagerung an vielen Orten. "Die hohe Instabilität der meisten organischen Komplexe stellt dabei eine große Herausforderung dar", so Stefan Gerlich, Erstautor der Publikation.

Designermoleküle lösen das Problem der Instabilität

Viele Moleküle zerbrechen schon während der Präparation des thermischen Molekularstrahls. Für den Erfolg der neuen Versuche war daher eine enge Kooperation mit Chemikern aus der Schweiz und den USA ausschlaggebend. Sowohl dem Team um Marcel Mayor an der Universität Basel als auch Paul J. Fagan vom US-amerikanischen Konzern DuPont ist es gelungen, schwere Molekülverbindungen zu synthetisieren, die den kritischen Verdampfungsprozess überstehen.

Mit Insulin vergleichbar

"Anhand von speziell synthetisierten organischen Molekülen mit Komplexen aus bis zu 430 Atomen wurde die quantenmechanische Wellennatur in einem bislang experimentell unzugänglichen Massen- und Größenbereich nachgewiesen", erklärt Arndt. Dieser "Molekulare Oktopus" ist in Größe, Masse und Komplexität mit Insulin vergleichbar und verhält sich in vieler Hinsicht schon wie "klassische" Teilchen. Dennoch können die maßgeschneiderten Teilchen im jetzigen Experiment in einer Überlagerung von klar unterscheidbaren Orten existieren. Sie befinden sich daher – ähnlich wie Schrödingers Katze – in einem von der klassischen Physik ausgeschlossenen Zustand.

Publikation
Quantum interference of large organic molecules: Stefan Gerlich, Sandra Eibenberger, Mathias Tomandl, Stefan Nimmrichter, Klaus Hornberger, Paul J. Fagan, Jens Tüxen, Marcel Mayor und Markus Arndt.
In: Nature Communications, 5. April 2011, DOI: 10.1038/ncomms1263
Volltext: http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n4/full/ncomms1263.html
Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Markus Arndt
Gruppensprecher Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-512 05
markus.arndt@univie.ac.at
http://www.quantumnano.at
Rückfragehinweis
Mag. Petra Beckmannova
Quantenoptik, Quantennanophysik und Quanteninformation
Universität Wien
1090 Wien, Boltzmanngasse 5
T +43-1-4277-512 05
quantum-office@univie.ac.at

Alexander Dworzak | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://medienportal.univie.ac.at/presse/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten