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Hält Quantenmechanik bald Einzug in unseren Alltag?

Im Fachmagazin Nature Communications berichten Physiker einer internationalen Forschungsgruppe, dass sie die quantenmechanische Wellennatur großer organischer Moleküle nachgewiesen haben. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Quanteninterferenz stärker zu reduzieren, als ...

Im Fachmagazin Nature Communications berichten Physiker einer internationalen Forschungsgruppe, dass sie die quantenmechanische Wellennatur großer organischer Moleküle nachgewiesen haben. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Quanteninterferenz stärker zu reduzieren, als jemals zuvor. Die Quanteninterferenz, bei der einzelne Partikel in Wellenform ihre eigene Flugbahn kreuzen und die Richtung, in die sie sich bewegen, stören, stellt eines der schwierigsten Konzepte in der Quantentheorie dar. Diese Grundsätze besser zu verstehen, würde einen großen Fortschritt im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung sowie für deren Anwendungen in Form von Quantencomputern bedeuten. Genau wie Licht besitzt Materie unter den richtigen Bedingungen Eigenschaften sowohl von Wellen als auch von Teilchen. Allerdings weisen massive Objekte sehr kleine Wellenlängen auf, so klein, dass es kaum Sinn macht, sie als richtige Welle zu bezeichnen. Wie in Doppelspaltexperimenten mit Elektronen festgestellt, kann die Wellenlänge für manche Objekte aber beobachtbar und bedeutend sein. Markus Arndt von der Universität Wien in Österreich und seine Kollegen beobachteten Quantenwellen in synthetisierten organischen Molekülen mit Komplexen aus bis zu 430 Atomen. Sie zeigen, dass in massiven molekularen Komplexen mit mehr als 1.000 internen Freiheitsgraden Quantenkohärenz erreicht werden kann, was stationäre Interferenzen möglich macht. Diese organischen Moleküle wurden in Größe und Komplexität mit Insulinmolekülen verglichen und zeigten viele Merkmale "klassischer" Teilchen. Dennoch konnten sie in dem Experiment, das eine vereinfachte Version des Konzepts von Schrödingers Katze war, nicht so sehr als Objekte existieren, sondern viel mehr als Nebel von Möglichkeiten, hier und dort und überall zur gleichen Zeit zu sein. Sobald die Wissenschaftler sie betrachteten kollabierten die Möglichkeiten zu definitiven Positionen. Genau so wie Schrödingers Katze: Wenn sie sich in einem verschlossenen Kasten befindet, ist sie weder tot noch lebendig, sondern besitzt eine geisterhafte Mischung dieser beiden Möglichkeiten. Ohne hinzusehen, kann man nicht wissen, was wahr ist. Die Bedeutung des Welle-Teilchen-Dualismus besteht darin, dass das komplette Verhalten von Materie mithilfe einer Differentialgleichung, die eine Wellenfunktion darstellt, erklärt werden kann: mit der Schrödingergleichung. Diese Fähigkeit, die Realität in Form von Wellen zu beschreiben, ist das Herzstück der Quantenmechanik. Während die Mathematik, auch wenn sie kompliziert ist, zu genauen Vorhersagen führt, ist die physikalische Bedeutung dieser Gleichungen viel schwerer zu fassen. Der Versuch zu erklären, was der Welle-Teilchen-Dualismus "wirklich bedeutet", bestimmt immer noch einen großen Teil der Debatte in der Quantenphysik. Darüber hinaus bleibt die Frage: Wie weit können wir das ausreizen? In dem Artikel heißt es zum Abschluss, dass diese Erkenntnisse "ein neues Fenster öffnen für Quantenexperimente mit Nanopartikeln, die ähnlich komplex sind wie kleine Proteine. Sie zeigen außerdem, dass es möglich ist, mit [komplexen] thermischen Systemen hohe Quantenkohärenz zu erlangen und zu erhalten."Weitere Informationen unter: Universität Wien http://www.univie.ac.at Nature Communications http://www.nature.com/ncomms/index.html

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Österreich, Schweiz, Deutschland, Vereinigte Staaten

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