Quantenphysik

Quantenuntersuchung mit Hilfe von akustischen Wellen

TIROL. Quantenphysiker der Uni Innsbruck versuchen Quanteneigenschaften von größeren Objekten zu untersuchen. Dadurch vermischen sich Quantenwelt und Alltagswelt.

Quanteneigenschaften größerer Objekte

Normalerweise beschäftigt sich die Quantenphysik mit Licht und Materie. Schon seit einer gewissen Zeit untersuchen Quantenphysiker die Quanteneigenschaften von größeren Objekten. Dadurch verwischt die Grenze wischen Quantenwelt und Alltagswelt. Bei der Untersuchung von Quanteneigenschaften größerer Objekte werden die Teilchen stark gebremst und die Bewegungsenergie sehr stark gebremst. Dieses Abbremsen mit der Hilfe von elektromagnetischen Feldern wird auch als Kühlen bezeichnet. Liegen diese Teilchen dann auf dem geringstmöglichen Energieniveau zeigen sich die Quanteneigenschaften. Bisher konnte man diese Kühlung nur dann erreichen, wenn Nanoobjekte mit Lichtphotonen in Wechselwirkung gebracht wurden. Dazu war ein elektromagnetischer Resonator notwendig.

Wechselwirkung durch akustische Wellen

Die Quantenphysiker um Carlos Gonzalez-Ballestero und Oriol Romero-Isart vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck und vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Zusammenarbeit mit dem Experimentalphysiker Jan Gieseler von der Harvard Universität und dem ICFO in Barcelona versuchen nun einen neuen Ansatz. Die Quantenphysiker von der Universität Innsbruck versuchen nun die Bewegung von magnetischen Teilchen mit den internen akustischen Wellen, die im Inneren jedes Teilchens eingeschlossen sind, zur Wechselwirkung zu bringen.

Zusammenspiel Schallquanten und magnetische Wellen

Schwingungen können in einem Festkörper als sogenannte Phononen oder Schallquanten beschrieben werden. Diese kleinen Schallwellenpakete pflanzen sich durch das Kristallgitter des Festkörpers fort.  „Die Schallquanten sind sehr isoliert und wechselwirken mit der Bewegung des Teilchens nur durch magnetische Wellen“, so Carlos Gonzalez-Ballestero:

„Wir zeigen in unseren Arbeiten nun, dass diese Wechselwirkung über ein Magnetfeld kontrolliert werden kann.“

Durch diese neue Versuchsanordnung lassen sich erstmals derartige Quantenexperimente auch ohne Photonen umsetzen. Neu ist, dass durch diese Methode auch lichtabsorbierende Teilchen gekühlt werden können. „Umgekehrt zeigen wir zudem, dass die starke Wechselwirkung zwischen der Teilchenbewegung und den Phononen auch die Möglichkeit bietet, Rückschlüsse auf die exotische Dynamik von akustischen und magnetischen Wellen in sehr kleinen Teilchen zu ziehen und diese zu kontrollieren“, so Oriol Romero-Isart.

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