Natur & Technik

Experimente am Atominstitut lieferten neue Daten © APA (Neubauer)
Experimente am Atominstitut lieferten neue Daten © APA (Neubauer)

APA

Heisenbergsche Unschärferelation: Ursprungs-Fassung gestärkt

08.09.2017

Die Heisenbergsche Unschärferelation gilt als einer der Eckpfeiler der Quantentheorie - und dennoch werden bestimmte Aspekte davon nach wie vor kontrovers diskutiert. Experimente an der Technischen Universität (TU) Wien haben die ursprüngliche Fassung der Theorie nun erneut experimentell untermauert, wie die Forscher im Fachjournal "Physical Review A" berichten.

Je genauer man den Ort kennt, an dem sich ein bestimmtes Teilchen aufhält, desto ungenauer ist sein Bewegungszustand bestimmt. Steht dagegen genau fest, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich das Teilchen bewegt, lässt sich nichts über dessen Aufenthaltsort in Erfahrung bringen. Dieser, vom deutschen Physiker Werner Heisenberg entdeckte Zusammenhang spielt in unserer unmittelbaren Erfahrungswelt zwar keinerlei Rolle. Im Mikrokosmos der Quanten ist er jedoch von zentraler Bedeutung.

In ihrer statistischen Betrachtungsweise ist die Unschärferelation perfekt und widerspruchslos in die Quantentheorie eingebettet, die ja auch als die am besten bestätigte physikalische Theorie überhaupt gilt. Als Heisenberg sie 1927 erstmals formulierte, hatte er allerdings noch ein etwas anderes Bild davon im Kopf. Anstelle eines statistischen Zusammenhangs formulierte er sie als Gedankenexperiment in Form einer Messung.

"Selbst in modernen Lehrbüchern wird dieser feine, aber wichtige Unterschied nur selten berücksichtigt", erklärte Stephan Sponar vom Atominstitut der TU Wien, einer der Autoren der aktuellen Studie, gegenüber der APA. "Aber über die Gültigkeit und die exakte mathematische Form der Heisenbergschen Unschärferelation im Kontext von Messgenauigkeit und Störung auf das gemessene System herrscht immer noch Unklarheit in der Community." Das liegt daran, dass die Komplexität in diesem Fall deutlich zunimmt, weil nicht nur das untersuchte physikalische System, sondern auch der Messapparat selbst als Quantenobjekt beschrieben werden muss.

Spins von Neutronen untersucht

Um die laufende Diskussion unter theoretischen Physikern mit experimentellen Daten zu bereichern, haben Sponar und sein Kollege Georg Sulyok ein besonders einfaches Quantensystem untersucht. Anstelle von Ort und Bewegungszustand haben sie Österreichs einzigen Forschungsreaktor am Atominstitut der TU Wien benutzt, um die Spins von Neutronen unter die Lupe zu nehmen. "Ort und Bewegung können im Grunde jeden beliebigen Wert annehmen. Das erschwert die Messung erheblich", so Sponar. "Die Neutronenspins dagegen haben nur zwei Möglichkeiten: entweder sie weisen nach oben oder nach unten."

Zwar leidet den Forschern zufolge auch die Aussagekraft des Experiments ein wenig unter dieser Vereinfachung, dennoch deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Heisenbergsche Unschärferelation so bleiben kann, wie sie ist. "Das Thema ist aber bei Weitem noch nicht abgeschlossen", meint Sponar. In Zukunft wollen die Forscher deshalb ähnliche Experimente mit höherer Komplexität durchführen.

Service: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevA.96.022137

STICHWÖRTER
Physik  | Wien  | Wissenschaft  | Naturwissenschaften  |
Weitere Meldungen aus Natur & Technik
APA
Partnermeldung