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Physik-Nobelpreis für Quantenforscher – ein Feld, das kaum einer versteht

Physik-Nobelpreis für Quantenforscher – was sie genau untersuchen, versteht kaum jemand

04.10.2022, 14:50

Für ihre wegweisenden Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenforschung haben der Franzose Alain Aspect, der US-Amerikaner John Clauser und der Österreicher Anton Zeilinger in diesem Jahr den Physik-Nobelpreis zugesprochen bekommen. Ihre Experimente hätten den Grundstein für eine neue Ära der Quantentechnologie gelegt, begründete die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm ihre Entscheidung.

Für Nicht-Physiker ist es ein unbegreifliches Gebiet. Die Forscher hätten bahnbrechende Experimente mit verschränkten Quantenzuständen durchgeführt, bei denen sich zwei Teilchen wie eine Einheit verhalten – selbst wenn sie getrennt und weit voneinander entfernt sind. Immer noch unklar? Hier ein kurzes Video für Einsteiger:

«Ich bin immer noch irgendwie geschockt», sagte Anton Zeilinger, als er am Dienstag telefonisch zur Preisbekanntgabe in Stockholm zugeschaltet wurde. Es handle sich aber definitiv um einen «positiven Schock», so der 77-Jährige, der schon lange als Nobelpreis-Kandidat gehandelt wurde. Gut eine Stunde vor der öffentlichen Verkündung hatte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften ihm mitgeteilt, dass er zu den diesjährigen Preisträgern zählt. «Dieser Preis ist eine Ermutigung für junge Menschen – er wäre nicht möglich ohne die mehr als 100 jungen Menschen, die über die Jahre hinweg mit mir gearbeitet haben», sagte Zeilinger.

Quantenmechanik – wie bitte?

Die theoretischen Grundlagen der Forschung der drei Physiker dürften vielen Menschen kaum verständlich sein. Und doch werden die auf ihren Arbeiten basierenden Erfindungen das Leben vieler Menschen künftig beeinflussen. Sie sollen helfen, Quantencomputer zu bauen, eine abhörsichere, verschlüsselte Quantenkommunikation zu etablieren und Quantennetze als Grundstein für ein Quanteninternet aufzubauen.

Die Quantenmechanik beruht auf der Tatsache, dass zwei oder auch mehr Teilchen in einem gemeinsamen Zustand existieren, egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. Physiker sprechen von Verschränkung. Ändert man den Zustand des einen Teilchens, ändert sich automatisch auch der des anderen. Albert Einstein, Physik-Nobelpreisträger von 1921, glaubte nicht an diese Möglichkeit und verspottete die Idee als «spukhafte Fernwirkung».

Über die Natur dieses verschränkten Zustandes rätselten Experten noch lange nach Einstein. Preisträger John Clauser (79), der unter anderem an der New Yorker Columbia University forschte, wurde vor allem für den experimentellen Nachweis geehrt, dass der verschränkte Zustand nicht durch irgendwelche unbekannten Parameter erzeugt wird – eine lange diskutierte Möglichkeit. Mit diesen Experimenten bestätigte er die Quantenmechanik.

Nur einem Mann gelang es, den Nobelpreis für Physik zweimal zu gewinnen

Der zweite Preisträger, der französische Physiker Alain Aspect (75) von der Université Paris-Saclay und der École polytechnique, verfeinerte die experimentellen Messungen von Clauser, so dass weiter bestehende Zweifel an der Theorie ausgeräumt werden konnten. Anton Zeilinger von der Universität Wien wurde vor allem mit seinen erstmals 1997 vorgestellten Experimenten zur Quantenteleportation bekannt: Dabei wird ein Zustand von einem verschränkten Teilchen auf ein entferntes übertragen. Die Experimente trugen ihm in Anlehnung an die Serie «Star Trek» den Spitznamen «Mr. Beam» ein.

Die bedeutendste Auszeichnung für Physiker ist in diesem Jahr mit insgesamt zehn Millionen Kronen (rund 900'000 Schweizer Franken) dotiert. Seit der ersten Vergabe im Jahr 1901 haben bislang 4 Forscherinnen und 214 Forscher den Physik-Nobelpreis erhalten – einer davon, der US-Amerikaner John Bardeen, sogar zweimal.

Nobelpreis für Medizin geht an Genetiker

Am Montag war der Nobelpreis für Medizin und Physiologie dem in Leipzig arbeitenden schwedischen Forscher Svante Pääbo zugesprochen worden – für seine Erkenntnisse zur menschlichen Evolution. Er sequenzierte unter anderem als erster Wissenschaftler das Neandertaler-Genom.

Im vergangenen Jahr hatten die eine Hälfte des Physik-Nobelpreises der Hamburger Meteorologe Klaus Hasselmann und der in Japan geborenen US-Amerikaner Syukuro Manabe erhalten. Beide haben eine solide physikalische Grundlage für unser Wissen über den Klimawandel geschaffen. Die andere Hälfte ging an den Italiener Giorgio Parisi für seine Arbeit zum Verstehen komplexer Systeme.

Am Mittwoch werden die Träger des Chemie-Nobelpreises verkündet. Am Donnerstag und Freitag folgen die Bekanntgaben für den Literatur- und den Friedens-Nobelpreis. Der Reigen endet am kommenden Montag mit dem von der schwedischen Reichsbank gestifteten Wirtschafts-Nobelpreis.

Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäss am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel.

(yam/sda/dpa)

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