Physik-Nobelpreis Teil 1

Mit dem Physik-Nobelpreis werden in diesem Jahr zwei Forscher aus Frankreich und den USA geehrt, die sich auf dem Gebiet der so genannten individuellen Quantensysteme verdient gemacht haben. Die Jury lobte sie für "bahnbrechende experimentelle Methoden, die es ermöglichen, Quantensysteme zu messen und zu manipulieren". Eine Höchstleistung, denn die Quantenphysik beschäftigt sich mit Eigenschaften und Verhalten der kleinsten Teilchen, die oft nur theoretisch begreifbar sind.

Auf beiden Seiten des Atlantiks hatten die beiden Physiker unabhängig voneinander "Fallen" entwickelt, in denen sie geladene Teilchen einfingen und deren genauen Quantenzustand bestimmen oder sogar verändern konnten. Zuvor war man davon ausgegangen, dass dies unmöglich sei, da Quantenzustände zu fragil und zu instabil seien, um sie überhaupt messen zu können. Diese Thesen konnten die beiden Wissenschaftler durch ihre praktischen Experimente widerlegen. 

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Die Erkenntnisse der beiden Physiker ermöglichen neue Uhren, die hundertfach genauer sind als heutige Atom-Uhren. Sie basieren auf der Bewegung von Ionen, wie sie Wineland im Vakuum bei eisigen 273 Grad unter Null erforscht. Auch so genannte Quantencomputer sind durch ihre Arbeit denkbar: völlig neuartige Geräte, die unsere heutigen Computer wie Rechenschieber aussehen lassen würden.

David Wineland über den praktischen Nutzen seiner Forschung (engl., Quelle: Youtube)

Der gewürdigte Verdienst der beiden Quantenphysiker: Die Teilchen werden bei ihren optischen Verfahren durch das Untersuchen nicht zerstört. "Ein bisschen so, also ob man einen Kuchen zwar isst, ihn danach aber noch hat", sagte dazu Per Delsing, Mitglied des Nobelkomitees. Im Alltag ist Licht flüchtig. Die Photonen, die uns die Welt sehen lassen, lösen sich auf, sobald sie auf das Auge treffen. Haroche und seinem Team gelang es, Photonen zwischen zwei Spiegeln aus einem supraleitenden Material gefangen zu halten. Das Photon legt dabei immerhin 40.000 Kilometer zurück - einmal um die Erde. Das Besondere daran: Bevor es verloren geht, existiert das Lichtteilchen immerhin eine Zehntelsekunde lang – für das Photon eine Ewigkeit und für Haroche genug Zeit, es zu erforschen.

Atom: Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Der Atomkern ist positiv geladen, die Atomhülle besteht aus negativ geladenen Elektronen. Atome sind winzig klein (ein Millionstel eines Millimeters) und können daher nur mit aufwändigen Mikroskopen betrachtet werden. Bei der Spaltung eines Atomkerns werden sehr große Energiemengen frei.

Molekül: Wenn mehrere Atome eng miteinander verbunden sind, bilden sie ein Molekül.

Ion: Ein Ion ist ein Atom oder Molekül, das elektrisch geladen ist. Besitzt zum Beispiel ein Atom mehr Elektronen (negativ geladen) als Protonen (positiv geladene Teile des Atomkerns), dann ist das Atom insgesamt negativ geladen. Überwiegen die Protonen, dann ist das Atom positiv geladen.

Photon: Bis heute gibt es zwei Vorstellungen davon, was Licht ist. Man kann sagen, es besteht aus Teilchen oder aus Wellen. Geht man davon aus, dass Licht aus Teilchen besteht, dann nennt man diese Teilchen Photonen. Photonen haben keine Masse und bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Jede Form von elektromagnetischer Strahlung (etwa Radiowellen oder Röntgenstrahlen) besteht aus Photonen.

Im Telefonat mit dem Nobelkomitee und Journalisten in Stockholm sagte Haroche, dass viele Physiker weltweit in spannenden Feldern arbeiteten und den Preis verdient hätten. Die Wahrscheinlichkeit, ihn zu bekommen, sei deswegen gering. Er hätte deswegen nicht damit gerechnet, und schon gar nicht in diesem Jahr. Wen er in diesem Jahr für den wahrscheinlicheren Kandidaten gehalten hätte, sagte Haroche allerdings nicht. Wissenschaftler des europäischen Forschungs-
zentrums CERN hatten im Juli 2012 bekannt gegeben, dass sie sehr wahrscheinlich die Jahrhundert-Sensation geschaft haben, das als Gottesteilchen bezeichnete Higgs-Teilchen nachzuweisen. Deswegen war diese Entdeckung als preisverdächtig gehandelt worden - doch die allerletzte Gewissheit fehlt noch, vielleicht auch deshlab die Zurückhaltung der Jury.

Am 10. Dezember werden Haroche und sein US-Kollege Wineland den Nobelpreis feierlich entgegen nehmen.