Licht – Welle oder Teilchen?

Der Fortschritt der Computertechnologie prägt die Welt, in der wir heute leben auf tiefgreifende Art und Weise. Diese Entwicklung basiert auf einer immer stärkeren Miniaturisierung der Schaltkreise. Je weiter diese voranschreitet, desto wichtiger werden quantenphysikalische Effekte, d.h. Phänomene, die über die klassische Physik hinausgehen.

Aufbau des Doppelspaltexperiments.

Aufzeichnung der am Doppelspalt gebeugten Lichtteilchen in einer lichtempfindlichen CCD-Kamera.

Einer dieser Effekte ist die Dualität von Teilchen und Welle, die wir an der Scientifica in einem Experiment aufzeigen. Man sieht und hört, dass Photonen, die kleinsten Einheiten aus denen Licht besteht, sich sowohl wie Teilchen als auch wie Wellen verhalten. Teilchen sind örtlich festlegbar und folgen bestimmten Bahnen. Wellen hingegen sind räumlich ausgedehnt und können sich gegenseitig überlagern. Solche Überlagerungen werden in einem zweiten Experiment anhand von Wasserwellen veranschaulicht.

Ein wesentliches Ziel der aktuellen Forschung ist es, sich diese teilweise seltsam anmutenden Quanteneffekte zu Nutze zu machen um Informationen schneller zu übertragen. Informationen werden heutzutage am besten mit Hilfe von Lichtwellen per Glasfaserkabel übertragen. Dazu müssen die Daten zuerst in Lichtzustände übersetzt werden, und dann muss dieses Licht ins Glasfaserkabel «eingekoppelt» werden. Das ist sehr trickreich, wie man sich bei unserem dritten Experiment selber überzeugen kann.

Ein weiteres Beispiel für die Nutzung von Licht zur Erforschung neuer Quantentechnologien ist die Quantensimulation. Dabei wird Licht benutzt, um Atomen eine Umgebung «vorzugaukeln», wie sie Elektronen in Festkörpern vorfinden.

Im Nationalen Forschungsschwerpunkt «Quantenwissenschaften und -technologie» (NFS QSIT) arbeiten Forschende von zahlreichen Schweizer Hochschulen mit Grundlagenforschern der Industrie zusammen.

Beteiligte

An der Ausstellung: Mitglieder des NFS QSIT

Am NFS QSIT beteiligte Institutionen:
ETH Zürich
Universität Basel
Universität Genf
IBM Research - Zurich
EPF Lausanne
USI Lugano