Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Quantenphysik: Moderne Alchemie

Durch maßgeschneiderte Lichtpulse können Quantenphysiker die Eigenschaften von Molekülen, Atomen oder gar einzelnen Lichtteilchen nach ihren Wünschen verändern.
Eine kilometergroße Goldkugel schwebt über einer Landschaft mit einem großen Gewässer.

Schon vor Jahrtausenden träumten Alchemisten davon, gewöhnliche Metalle in Gold zu verwandeln. Dass ihre Versuche zum Scheitern verurteilt waren, lernt man bereits in der Schule. Denn durch chemische Reaktionen wird man ein Element niemals in ein anderes überführen können – dafür bedarf es kernphysikalischer Prozesse, wie sie in einem Teilchenbeschleuniger stattfinden.

Dennoch lässt die Vision der antiken Gelehrten auch heutige Forscherinnen und Forscher nicht ganz kalt. Ist es vielleicht zumindest möglich, Stoffe so zu beeinflussen, dass sie die Eigenschaften eines anderen Materials nachahmen? Diesem Ziel jagen nun einige Physiker nach. Indem sie leitende Festkörper mit Lasern beleuchten, bringen sie diese dazu, sich wie ein Isolator zu verhalten und umgekehrt. Derartige Kontrolle von Quantensystemen könnte zu neuartigen Technologien führen, etwa zu hochpräzisen Sensoren, die kleinste elektromagnetische Felder aufspüren. Zudem hofft man, Phänomenen wie der Supraleitung ihre letzten Geheimnisse zu entlocken. Für ihre Experimente benötigen die Wissenschaftler bloß eine Hand voll Teilchen, leistungsstarke Laser – und extrem gute Kontrolle.

Doch zunächst muss man sowohl die Natur von Atomen als auch die des Lichts bis ins kleinste Detail verstehen …

Kennen Sie schon …

Spektrum der Wissenschaft – Eine neue Weltformel

Rund 100 Jahre währt die Suche der theoretischen Physik nach einer Quantentheorie der Schwerkraft. Doch vielleicht kann die Gravitation in einer Weltformel so bleiben, wie sie ist – zumindest fast. Experimente könnten die neue Theorie schon bald testen. Außerdem im Heft: Die Bedeutung der Böden der Erde wurden lange unterschätzt. Zahlreiche Organismen im Boden zersetzen abgestorbenes organisches Material und fördern so den globalen Kohlenstoffkreislauf. Gammastrahlenblitze mischen gelegentlich die irdische Ionosphäre durch. Aber brachten kosmische Explosionen das Leben auf der Erde schon einmal an den Rand der Existenz? Selbst unter dem Eis des arktischen Ozeans findet man Lava speiende Vulkane und Schwarze Raucher. Dies bietet einen neuen Blick auf die geologischen Vorgänge in unserem Planeten.

Spektrum - Die Woche – Jung, alternativ, rechts

Die diesjährigen Europawahlen haben gezeigt: Junge Menschen wählen vermehrt rechtspopulistische Parteien. Wieso sind diese Parteien für junge Wähler attraktiv? Mit dieser Frage beschäftigen wir uns in der aktuellen »Woche«. Außerdem: Ist das Konzept der Zeit eine Illusion der Quantenphysik?

Spektrum - Die Woche – 75 Jahre Grundgesetz: »Ein Durchbruch in nur 13 Tagen«

75 Jahre Grundgesetz: Die Historikerin Uta Piereth im Interview über den Verfassungskonvent von Herrenchiemsee, auf dem die Basis für unser Grundgesetz gelegt wurde.

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen

Glaser, S. J. et al.: Training Schrödinger's cat: quantum optimal control. The European Physical Journal D 69, 2015

McCaul, G. et al.: Controlling arbitrary observables in correlated many-body systems. Physical Review A 101, 2020

McCaul, G. et al.: Driven imposters: Controlling expectations in many-body systems. Physical Review Letters 124, 2020

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.