Experiment macht Quanteninterferenz bei Atomen, Molekülen und Nanoteilchen sichtbar

Interferenzmuster von Lichtwellen entstehen, wenn sich die Wellen überlagern und dabei entweder verstärken oder abschwächen. Nach den Gesetzen der Quantenmechanik besitzen auch Materieteilchen Welleneigenschaften. Wenn solche Teilchenwellen interferieren, zeigen sich jedoch keine helleren oder dunkleren Bereiche wie bei der Interferenz von Licht. Stattdessen ergeben sich ganz analog Stellen, an denen mehr oder weniger Teilchen auftreffen. Forscher haben nun ein Instrument entwickelt, mit dem sie Quanteninterferenzen bei einem breiten Spektrum von Teilchenklassen nachweisen können. Außerdem lassen sich mit diesem Aufbau sehr präzise Messungen durchführen, wie das Team in der Zeitschrift Nature Photonics berichtet.

Eine Halbkugel aus blauem Licht leuchtet leuchtet über einer Fläche in einem ansonsten dunklen Raum.
Fluoreszenzlicht der Lasergitter

Philipp Haslinger von der TU Wien und seine Kollegen erzeugten mit ultraviolettem Laserlicht ein Interferenzgitter. Dazu reflektierte das Team das UV-Licht an einem Spiegel und erzeugte so stehende Wellen. Durch dieses Lichtgitter schickten die Forscher dann einen Strahl aus Anthrazenmolekülen, eine organische Verbindung aus drei Kohlenstoffringen. Auf ihrem Weg schließen sich jeweils etwa 15 Moleküle zu Clustern zusammen, die hinter dem Lichtgitter auf ein Massenspektrometer treffen. Obwohl die Cluster wesentlich größer sind als einzelne Moleküle, ließen sich für kurze Zeit Interferenzeffekte nachweisen.

Äußere Einflüsse, etwa das Zusammentreffen mit Luftmolekülen, würden die Interferenz leicht zerstören. Deshalb musste das Experiment in einem sehr reinen Vakuum stattfinden. Das bedeutet aber auch, dass das empfindliche System selbst auf kleine Kräfte oder Felder reagieren würde, die sich auf diese Weise genau vermessen lassen. Zudem können die Forscher ihr Interferometer auf verschiedene Arten von Teilchen zuschneiden, indem sie die Schwingungsperiode des Laserlichts veränderen. Das Team sieht seinen Versuchsaufbau deshalb als vielversprechendes Werkzeug für zukünftige Quantenexperimente mit Atomen, Molekülen oder sogar Nanoteilchen.