Blicke in die Quantenwelt

Erstaunliches kann man erleben, wenn man die Atomphysiker in ihren Labors besucht. Der erste Eindruck ist: Dunkelheit. Doch beim Blick durch ein Mikroskop in eine Vakuumkammer nimmt das Auge nach einer kurzen Eingewöhnungszeit in der Mitte des Bildes einen kleinen blauen Punkt wahr, ein einzelnes leuchtendes Bariumion. Das Atom, gefangen in einer elektrischen Falle und gekühlt durch Laserlicht, ist leuchtstark genug, um für das bloße Auge sichtbar zu sein. Wir nehmen es auf die gleiche Weise wahr wie einen makroskopischen Gegenstand. In diesem Sinne ist das Atom genauso "real" wie die Gegenstände unseres täglichen Lebens!

Dies ist weder trivial noch selbstverständlich, haben doch viele von uns gelernt, dass man einzelne Moleküle und Atome (also auch Ionen) nicht "sehen" oder experimentell handhaben könne. Selbst bedeutende Physiker wie Erwin Schrödinger waren davon überzeugt, dass die Physik dieser Teilchen nicht zur wirklichen, erfassbaren Welt gehört: "Wir experimentieren niemals nur mit einem Atom oder Teilchen. In Gedankenexperimenten nehmen wir manchmal an, dass wir das könnten; doch dies hat stets lächerliche Konsequenzen." (E. Schrödinger)

Diese Behauptung erwies sich als vorschnell. Nach vielen Jahrzehnten harter Arbeit und vielen klugen Einfällen zahlreicher Physiker können wir inzwischen einzelne Atome, Ionen und Moleküle auf vielfältige Weise manipulieren und mit ihnen experimentieren. Die von Schrödinger angeführten "lächerlichen Konsequenzen" treten dabei durchaus zu Tage: Die Quantennatur einzelner Teilchen führt zu Verhaltensweisen, die aus klassischer Sicht überaus ungewöhnlich und bizarr erscheinen.

Die Beobachtung eines einzelnen Atoms in einer Atomfalle steht als ein eindrucksvolles Beispiel für die große Anzahl von neuen Experimenten aus der Atomphysik, der Molekülphysik und der Quantenoptik, die das Wechselspiel von Licht und Materie jenseits der klassischen Physik untersuchen. Hierbei hat sich insbesondere die Untersuchung und Manipulation der atomaren Bestandteile der Materie als alltägliches Arbeitsfeld etabliert. Aber auch der Einsatz von Technologie, die auf neuer Physik beruht und verlässliche Werkzeuge zur Verfügung stellt, erlaubt es uns, in ganz neue Bereiche der Physik vorzudringen. Im Bereich atomarer Abmessungen, aber auch höchster Leistungen kann immer genauer, schneller und effizienter gemessen werden.