Licht als Schaufenster der Quantenmechanik

Licht lässt sich nicht nur klassisch aufgrund seiner Welleneigenschaften beschreiben, sondern auch quantenmechanisch. Die Messung der kleinsten Teile eines Lichtstrahls bietet dabei spannende Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie.

Aufbau eines Lasermikroskops zur Untersuchung einzelner Halbleiterquantensysteme.

Viele Gegenstände erzählen dem Beobachter etwas über ihre Beschaffenheit, indem sie Licht aussenden. Im Alltag nehmen wir vor allem die Farbe von Gegenständen wahr, denn Farbe hängt mit der Wellenlänge des Lichts zusammen, das von einem Gegenstand ausgeht. Das genaue Vermessen verschiedener Farbanteile, die sogenannte optische Spektroskopie, ist eine grundlegende und weitverbreitete Methode, um die Zusammensetzung von Materie und die Vorgänge in derselben zu erforschen – und zwar von mikroskopischen Bauteilen des Lebens bis hin zu Sternen und Galaxien.

Licht lässt sich jedoch nicht nur als Welle beschreiben und durch eine Wellenlänge charakterisieren, sondern verhält sich gleichzeitig wie ein Strom von Teilchen. Diese sogenannten Photonen können mit empfindlichen Messgeräten einzeln nachgewiesen werden. Dabei verrät die Zeitspanne zwischen dem Aufzeichnen zweier Photonen welche quantenphysikalischen Mechanismen in einem Gegenstand zum Aussenden von Licht führen. Mit Hilfe dieser Forschung können Vorhersagen und Modelle zur Theorie der Quantenoptik gemacht und überprüft werden. Solche Modelle können später als Grundlage für die Entwicklung neuartiger Methoden der Kommunikation und der Datenverarbeitung dienen.

Am Ausstellungsstand wird mit einem Lasermikroskop ein einzelner Quantenzustand erzeugt und die Messung der zeitlichen Abfolge einzelner Photonen demonstriert.

Beteiligte

Dr. Martin Kroner
Prof. Dr. Atac Imamoglu