Da macht auch die bisweilen seltsam anmutende Welt der Quanten keine Ausnahmen. In einem in der Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift “nature physics” veröffentlichten Experiment ist es Physikern um Jörg Schmiedmayer vom Atominstitut der Österreichischen Universitäten in Zusammenarbeit mit deutschen und US-amerikanischen Kollegen erstmals mit mathematischen Methoden gelungen, sogenanntes Quantenrauschen von normalem, thermischen Rauschen zu unterscheiden.
Für ihre Lauschattacke in der Quantenwelt verwendeten die Experimentatoren ein paar Tausend Rubidium-Atome, die bis auf wenige Nanograd an den absoluten Nullpunkt abgekühlt wurden. Dabei nehmen die Atome den Zustand des sogenannten Bose-Einstein-Kondensats (BEC) ein.
“Jedes einzelne Teilchen verliert dabei seine Identität und alle bewegen sich im Gleichklang, vergleichbar mit einer im Gleichschritt marschierenden Kompanie Soldaten”, erklärte Schmiedmayer gegenüber der APA.
Teilchen aus dem Tritt
Doch unendlich lang kann die Reihe an Atomen nicht werden, irgendwann macht sich das Quanten-Rauschen störend bemerkbar, der Gleichschritt bekommt Makel. Sichtbar machten die Physiker dieses “außer Tritt kommen” der Bewegungen von Teilchen in einer ein-dimensionalen Kette, indem sie zwei solcher Ketten im Zustand des BEC zur Interferenz bringen. Anschließend wurden die Interferenzstreifen mit Laser beleuchtet und fotografiert. Die Interferenzbilder zeigen die Störungen des Gleichschritts in Form von zu Wellenlinien verbogener Muster anstatt gerader Steifen bei völliger Harmonie der Teilchen.
Nun kommt aber noch das Faktum ins Spiel, dass die Atome zwar nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt werden können, aber eine kleine Resttemperatur von unter einem millionstel Bruchteile eines Grades bleibt doch vorhanden. “Dadurch gibt es in dem System auch ein thermisches Rauschen”, so der Wissenschafter. Durch statistische Auswertungen der Bilder ist es dem Team jetzt weltweit erstmals gelungen, das thermische Rauschen und das echte Quantenrauschen auseinanderzudividieren.
Solche Grundlagenarbeiten sind beispielsweise im Hinblick auf die Entwicklung eines Quantencomputers von Bedeutung. “Wir tasten uns an die Limits heran, ab wann die Quanten gleichsam aus dem Tritt kommen und das Rauschen störend wird”, so Schmiedmayer.
