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Nachwuchswissenschaftler der Universität Rostock erfinden einen Trichter für Lichtteilchen

27.03.2020

Physiker der Arbeitsgruppe von Professor Alexander Szameit an der Universität Rostock ist es in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität Würzburg gelungen, einen „Trichter für Licht“ zu entwickeln, der bisher nicht geahnte Möglichkeiten zur Entwicklung von hypersensiblen Sensoren und neuen Technologien in der Informations- und Kommunikationstechnologie eröffnet. Die Forschungsergebnisse wurden jüngst im renommierten Fachblatt Science veröffentlicht.

Der Rostocker Physikprofessor Alexander Szameit befasst sich seit seinem Studium mit den quantenoptischen Eigenschaften von Licht und seiner Wechselwirkung mit Materie.


Die Darstellung zeigt, wie im entscheidenden Moment alle Lichtteilchen im Trichter gefangen werden.

Universität Rostock / Alexander Szameit


Derzeit tauschen sich die Rostock Physiker Professor Alexander Szameit (oben), Sebastian Weidemann (unten links) und Mark Kremer (unten rechts) in Videokonferenzen aus.

Screenshot: Universität Rostock / Alexander Szameit

Als seine beiden Doktoranden Mark Kremer und Sebastian Weidemann an einem gemeinsamen Sommerabend in Greifswald verfolgten, wie Würzburger Kollegen um den theoretischen Physiker Professor Ronny Thomale über ziemlich verrückte theoretische Möglichkeiten der Quantenoptik fachsimpelten, ahnte keiner der Beteiligten, dass bereits ein halbes Jahr später daraus eine Veröffentlichung in einem angesehenen Fachjournal werden würde.

„Normalerweise dauert es vom Beginn eines Forschungsprojektes bis zur Veröffentlichung der Ergebnisse etwa zwei Jahre, im Einzelfall kann es auch viel länger dauern, wenn überhaupt ein Ergebnis zustande kommt“, sagt der aus Halle stammende Szameit, der sich in Rostock gut eingelebt hat und die Arbeitsbedingungen sowie den kollegialen Austausch am Physikinstitut der Universität Rostock schätzt. 

Der ursprünglich aus Ostfriesland stammende Mark Kremer studierte zunächst in Jena Physik, wo er auch Alexander Szameit kennenlernte, der dort vor fünf Jahren noch als Juniorprofessor tätig war. Bei ihm schrieb er nicht nur seine Bachelorarbeit, sondern folgte ihm nach seiner Masterarbeit auch an die Ostseeküste.

Ein Glücksfall, denn Mark Kremer besitzt eine seltene Doppelbegabung. Sein Faible für komplizierte mathematische Formeln verbindet er mit dem handwerklichen Geschick eines Experimentators. Mit dem gebürtigen Stralsunder Sebastian Weidemann hat Mark Kremer genau den richtigen Forschungspartner ein seiner Seite.

Äußert einer eine Idee, findet der andere mögliche Fehler in der Überlegung und hat neue Vorschläge parat. In der Zeit nach dem Ausflug zu den Physikerkollegen nach Greifswald ersetzte das Labor für beide fast das Zuhause, bis sie die Lösung gefunden hatten, wie man einen Trichter für Licht baut: Ein über zehn Kilometer langes Lichtleiterkabel aufgerollt in viele Schleifen.

„Durch die Schleifen haben wir – vergleichbar einem Kreisverkehr mit gesperrten Ausfahrten – kurze Lichtpulse auf eine nahezu unendliche Reise geschickt“, sagt Mark Kremer.

„Zu einem bestimmten Zeitpunkt wechseln wir dann in den „Trichter“-Betrieb. Sebastian Weidemann erläutert: „Das ist dann ungefähr so, als ob im Kreisverkehr plötzlich eine Ausfahrt freigegeben würde und alle Fahrzeuge mit maximaler Geschwindigkeit auf dem kürzesten Weg zur einzig geöffneten Ausfahrt jagen. Dort sammelt sich dann das Licht, gleichgültig wohin es vorher unterwegs war.“

Das Überaschende sei, so die Physiker, dass bei dem kilometerlangen Lichtleiter die Information, dass sich etwas an einem Ort geändert hat, sofort auch an der weitest entfernten Stelle ankommt, und sich das Verhalten des dortigen Lichtteilchens schlagartig ändere.

„Jedes Lichtteilchen wird an den selben Ort geführt, egal aus welcher Entfernung – wie durch einen riesigen Trichter für Licht. Das Prinzip sei für optischen Sensoren von höchstem Interesse“, meint Professor Szameit. 

Man spürt deutlich, wie sich Alexander Szameit sowohl über den Erfolg seines jungen Teams, als auch die erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Würzburg-Dresden Exzellenzcluster „ct.qmat“ freut. Szameit selbst wurde, nicht lange vor der Corona-Krise, in Italien mit dem Tomassoni-Preis für seine wissenschaftlichen Leistungen geehrt.

„Und spricht es nicht für die Qualität des Physikstudiums in Rostock“, führt Szameit aus, „dass auch Lehramtstudierende wie Sebastian Weidemann in Rostock so gut ausgebildet werden, dass sie nicht nur promovieren, sondern auch in den höchsten Fachjournalen veröffentlichen können“.

Die vielfältigen Erfahrungen, die in der modernen Forschung gesammelt werden, werden dem sympathischen Sebastian Weidemann auch als zukünftigen Lehrer zugutekommen, ist sich Szameit sicher, bevor er sich aus der gemeinsamen Videokonferenz verabschiedet. Denn auch die Physiker arbeiten seit dem Ausbruch der Corona-Pandemie im Homeoffice.

Wie sie künftig im Labor zusammenarbeiten können, ohne Kontakt aufzunehmen, dafür haben selbst die Quantenphysiker allerdings noch keine Lösung gefunden.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Alexander Szameit 
AG Experimentelle Festkörperoptik 
Institut für Physik 
Universität Rostock 
Tel.: +49 381 498-6790 
alexander.szameit@uni-rostock.de

Originalpublikation:

Der Artikel wurde im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht.

Sissy Gudat | Universität Rostock
Weitere Informationen:
http://www.uni-rostock.de

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