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Schnappschüsse der Quantenwelt

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Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung von Elektronen, die sich mit Licht mischen. Im Hintergrund werden Elektronen (blaue Kugeln) durch einen Laserblitz erzeugt. Wenn die Elektronen ein Lichtfeld (roter Lichtschleier) durchlaufen, das von zwei Spiegeln eingeschlossen wird, verbinden sie sich mit Photonen (Wellenlinien). Eine solche ultraschnelle Erzeugung von Licht-Materie-Mischzuständen führt zu einer neuen Klasse von quantenphysikalischen Prozessen, die im Rahmen des geförderten Projekts erstmals beobachtet werden sollen.

Foto: Prof. Dr. Rupert Huber

In der Welt der Quantenphysik läuft vieles ultraschnell ab. Das Wechselspiel der mikroskopisch kleinen Bausteine – Atome, Elektronen oder Elementarmagneten – vollzieht sich in Bruchteilen einer Sekunde, sogenannten Femtosekunden.

Was dabei genau geschieht, wollen Prof. Dr. Rupert Huber und seine Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg in einem neuen Forschungsprojekt untersuchen. Das Projekt mit dem Titel „Ultraschnelle Quantenphysik auf der Sub-Zyklen-Zeitskala (QUANTUMsubCYCLE)“ wird in den nächsten fünf Jahren durch einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) mit bis zu 1,5 Millionen Euro gefördert.

Um kleinste Teilchen wie Elektronen zu beobachten, muss man schon sehr genau hinsehen. Der Umstand, dass ihre Welt zudem nicht den uns vertrauten Gesetzen der klassischen Physik gehorcht, macht solche Untersuchungen zu einer besonderen Herausforderung. Huber und seine Arbeitsgruppe wollen die Prozesse der Quantenwelt deshalb in extremer Zeitlupe verfolgen, verstehen und schließlich auch kontrollieren. Das Team bedient sich dazu extrem kurzer Lichtblitze von Lasersystemen, die extra dafür an der Universität Regensburg entwickelt werden. Die Lichtblitze liefern Schnappschüsse der Quantenwelt, die dann wiederum – ähnlich einem langsam abgespielten „Daumenkino“ – zu einem Film zusammengefügt werden können.

Huber und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gelang es vor Kurzem, mit einer weltweit einzigartigen Laseranlage spezielle Lichtimpulse zu erzeugen. Diese sind nicht nur denkbar kurz, sondern halten auch den Weltrekord für höchste Intensitäten im Terahertzbereich – dem weitgehend unerforschten Spektralbereich zwischen Mikrowellen- und Infrarotstrahlung. Ultraschnelle Physik kann dabei mit höchster Präzision beobachtet werden kann.

Die Förderung durch den ERC ermöglicht es Huber und seinem Team, noch präzisere Lichtimpulse zu erzeugen und diese zur Lösung wichtiger Probleme der Festkörperphysik und der Quantenoptik zu nutzen. So geht es unter anderem um die Frage, wie Licht selbst mit Materie wechselwirkt. Die Forschung an ungewöhnlichen Mischteilchen – halb Elektron, halb Licht – hat durch die Verleihung des diesjährigen Nobelpreises für Physik an Serge Haroche und David Wineland besondere Brisanz gewonnen. Ergebnisse werden aber auch mit Blick auf praktische Herausforderungen erwartet. So könnten die gewonnenen Erkenntnisse langfristig wegweisend für neue Höchstgeschwindigkeitselektronik oder superschnelle Datenspeicher der Zukunft werden.

Die Starting Grants des ERC unterstützen junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim Aufbau einer eigenen Arbeitsgruppe und ermöglichen die Konsolidierung ihrer unabhängigen Forschungstätigkeit in Europa. Die Grants werden im Wettbewerb an herausragende Forscherinnen und Forscher vergeben. Alleiniges Auswahlkriterium ist die wissenschaftliche Exzellenz der Antragsteller und der Projektvorschläge. ERC Starting Grants können für bis zu 5 Jahre beantragt werden und beinhalten ein maximales Projektbudget von bis zu 1,5 Millionen Euro.

Weiterführende Informationen zu den Starting Grants des ERC:
http://www.eubuero.de/erc-stg.htm

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Rupert Huber
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0941 943-2070
Rupert.Huber@physik.uni-regensburg.de
http://www.physik.uni-regensburg.de/forschung/huber/

Alexander Schlaak | Quelle: Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen: www.eubuero.de/erc-stg.htm
www.physik.uni-regensburg.de/forschung/huber/

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