Studie Zeigt: Schon Atome Können Gleichzeitig Eingeschaltet Verschiedenen Orten Sein

Grafische Verdeutlichung des neuen Verfahrens zur Bestimmung die Atomposition: Mal angenommen, vor Ihnen stehen Zwei Kisten (a). Sie wissen, dass sich selbst in einer die Kisten eine Katze befindet. In welcher, wissen Sie nicht. Sie heben daher versuchsweise den Hülle die rechten Kasten eingeschaltet (b): die Kasten ist leer. Sie wissen nun, dass sich selbst die Katze in die linken Kasten befinden muss - sowie zwar ohne dass Sie dort nachsehen mussten. Anderenfalls - falls Sie daher per Zufall den Hülle mit die Katze angehoben sowie damit das Kreatur gestört haben (c) - wird die Messen leicht verworfen. In einer makrorealistischen Welt (also in die für uns genau erfahrbaren Welt die "großen Dinge") wäre dieses Messverfahren absolut störungsfrei; es hätte keinen Einfluss auf den Ausgang des Experiments. In die Quantenwelt würde trotzdem schon beliebig Negativnachweis wie in Abbildung (b) den Überlagerungszustand zerstören sowie die Ergebnisse des Experiments ändern. Genau diesen Ergebnis beobachteten die Wissenschaftler. Die makrorealistische Theorie kann daher – zumindest bei kleinen Objekten wie Caesium-Atomen - nicht zutreffen. | Copyright: Andrea Alberti / www.warrenphotographic.co.uk

Bonn (Deutschland) - Beim Elfmeterschuss geht die Ball entweder ins Pforte oder ins Aus. Doch stimmt das überhaupt? Ungewissheit eingeschaltet die uneingeschrönkten Allgemeingültigkeit dieser vermeintliches Regel lassen jetzt Experimente von Bonner Physikern aufkommen. Tatsächlich besagt die Theorie die Quantenmechanik, dass sich selbst etwa sehr kleine Objekte, beispielsweise Caesiumatome zur gleichen Zeit auf verschiedenen Bahnen bewegen sowie damit eingeschaltet verschiedenen Orten zugleich sein können. In nächsten Versuchen begehren die Forscher jetzt testen, ob dies auch für größere Objekte gelten könnte.

"Vor mehr als 100 Jahren begründeten die Physiker Werner Heisenberg, Max Born sowie Erwin Schrödinger beliebig neues Gebiet die Physik: die Quantenmechanik", erläutert die Pressemitteilung die Hochschule Bonn einführend. "Jedes Objekt die Quantenwelt bewegt sich selbst – so die Theorie – nicht auf einer hart definierten Bahn. Stattdessen folgt es allen möglichen Bahnen; es befindet sich selbst daher zugleich eingeschaltet verschiedenen Orten. Physiker reden von einer Überlagerung unterschiedlicher Pfade.

Auf atomarer ep?ped? scheinen sich selbst die Dinge wahrlich später den Gesetzten die Quantenmechanik zu verhalten. Das präsentieren inzwischen zahlreiche physikalische Experimente. Im Alltag kreieren wir dagegen gesamt ungleich Erfahrungen: Der Fussball bewegt sich selbst auf einer exakten Flugbahn; er landet nie gleichzeitig hinein Pforte sowie hinein Aus."

Wenn die Dinge trotzdem hinein Kleinen gesamt ungleich sind, warum verhalten sie sich selbst hinein großen so, wie unsere Erfahrung uns dies jederzeit wieder zeigt, wenn die Ball flach doch entweder ins Pforte oder ins Aus geht?

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"Es gibt dafür Zwei unterschiedliche Erklärungsansätze", erläutert Dr. Andrea Alberti vom Institut für Angewandte Physik die Hochschule Bonn. "Nach die Standardquantenmechanik sind Überlagerungszustände von beliebig großen Gegenständen prinzipiell möglich. Jedoch sind diese Zustände sehr fragil: Jeder Versuch, den Quadrat eines Quantenobjekts zu bestimmen, zerstört die Überlagerung. Anders gesagt: Allein dadurch, dass wir den Ball mit den Augen verfolgen, sorgen wir dafür, dass er sich selbst für eine Flugbahn 'entscheidet'."

Es könnte trotzdem auch sein, dass Fußbälle allgemein anderen physikalischen Regeln gehorchen als etwa einzelne Atome. "Wir reden auch von einer makrorealistischen Weltanschauung", erklärt Alberti. "Wenn diese These zutrifft, bewegt sich selbst beliebig Ball - ungleich als etwa beliebig Atom - jederzeit auf einer definierten Bahn, unabhängig davon, ob wir ihn beobachten oder nicht."

Gelten jetzt daher für "große" Dinge wahrlich ungleich Gesetze als für kleine? Gemeinsam mit Dr. Clive Emary von die Hull University haben die Bonner Quantenforscher aktuell hinein Fachjournal "Physical Review X" (DOI: 10.1103/PhysRevX.5.011003) einen Ansatz vorgestellt, mit die sich selbst diese Abfrage möglicherweise bestimmen lässt. "Wir haben dazu eine Methode entwickelt, mit die man die makrorealistische Theorie widerlegen kann", erklärt Alberti.

Hierzu ergriffen die Forscher beliebig einzelnes Caesium-Atom mit Zwei "Lichtpinzetten" sowie zogen es damit in entgegengesetzte Richtungen. In einer makrorealistischen Welt hätte sich selbst das Atom danach eingeschaltet einem einzigen definierten Quadrat befunden. In die Quantenwelt hätte es dagegen einen Überlagerungszustand aus Zwei verschiedenen örtlichen Positionen eingenommen.

"Wir haben eine indirekte Messmethode entwickelt, mit die wir die Stellung des Atoms so sanft wie möglich messen konnten", sagt die Doktorand Carsten Robens. Selbst diese indirekte Messen (s. Abbildung) veränderte wichtig den Ausgang des Experiments. Diese Beobachtung stimmt sehr nett mit die Dasein von Überlagerungszuständen überein, die durch die Messen zerstört wurden. Die Forscher konnten damit ausschließen, dass Caesiumatome die makrorealistischen Theorie folgen. Stattdessen befinden sie sich selbst wohl wahrlich eingeschaltet verschiedenen Orten gleichzeitig.

"Das ist natürlich noch kein Beweis, dass das auch für größere Objekte gilt", betont Alberti abschließend. In nächsten probieren begehren die Wissenschaftlerin jetzt aber, das Caesium-Atom über mehrere Millimeter auseinanderzuziehen. "Sollten mitten diesen Bedingungen jederzeit noch Überlagerungszustände existieren, wäre das für die makrorealistische Theorie beliebig großer Rückschlag."

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