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"Extrem fruchtbares Umfeld" in Innsbruck © APA (EXPA/Jakob Gruber)
"Extrem fruchtbares Umfeld" in Innsbruck © APA (EXPA/Jakob Gruber)

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Hanns-Christoph Nägerl: "Zufälliger" Erbauer kalter Quantenwelten

19.06.2017

Im Rahmen seiner Forschungsarbeit beschäftigt sich der Experimentalphysiker Hanns-Christoph Nägerl mit speziellen Quantengasen, denen er bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt Geheimnisse entlockt. In diese ultrakalten Gefilde, die der heurige Wittgenstein-Preisträger seit 1995 großteils in Innsbruck herstellt, habe ihn vor allem der Zufall geführt, wie der gebürtige Deutsche der APA sagte.

"Es war sehr viel Zufall und Glück dabei", um dort zu landen, wo der am 24. Februar 1967 in Göttingen geborene Forscher heute wissenschaftlich steht, sagte Nägerl im Gespräch mit der APA. Dass es in seiner Vita einmal in Richtung Physik gehen könnte, habe sich jedoch schon früh abgezeichnet: Nägerls Vater und auch seine beiden Brüder sind ebenfalls Physiker.

Der Weg, den er innerhalb der Physik einschlagen sollte, sei etwa an seiner Diplomarbeit noch keineswegs absehbar gewesen, die er noch zum Thema "Gravitationswellen" verfasste. Durch die Zusammenarbeit mit dem 1994 gerade erst an die Göttinger Universität berufenen Quantenphysik-Pionier Rainer Blatt zeichnete sich der Pfad in Richtung Quanteninformation, -simulation und im weitesten Sinne dem Quantencomputer ab.

"Enorme Entwicklung" nicht absehbar

Das Gebiet sei in den vergangenen Jahren "aufgrund der Tatsache, dass es jetzt so gut möglich ist, Atome und Moleküle mit Laserkühlung zu kontrollieren, explodiert", sagte Nägerl. Diese "enorme Entwicklung" war zu Beginn seiner Laufbahn nicht absehbar: "Selbst die kühnsten Prognosen in den 1990er-Jahren gingen nicht annähernd dahin, wo wir jetzt sind."

Zusammen mit Blatt ging Nägerl 1995 nach Innsbruck, das gewissermaßen zur wissenschaftlichen Heimat des Wissenschafters werden sollte. Die Tiroler Landeshauptstadt habe ein "extrem fruchtbares Umfeld" für seine, sowie die Entwicklung des Forschungsfeldes dargestellt. Was laut dem Wittgenstein-Preisträger, der 2003 einen Start-Preis und 2011 einen "Consolidator Grant" des Europäischen Forschungsrates (ERC) zuerkannt bekam, u.a. eng mit den Berufungen von Anton Zeilinger, Blatt, Peter Zoller oder Rudolf Grimm zusammenhing.

Trotz der dynamischen Entwicklung in dem Gebiet sei man als Experimentalphysiker immer noch ein großes Stück weit "Bastler" und "Do-it-yourself-Hochtechnologieentwickler". Im Bereich der ultrakalten Quantenvielteilchensysteme sind Laser, mit denen Atome und Moleküle bis nahe an den absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius abgekühlt werden, ein zentrales Bastelutensil.

Spezielle Wechselwirkungseigenschaften

In diesem Zustand zeigen die Teilchen in ebenfalls aus Laserstrahlen aufgebauten optischen Gittern spezielle Wechselwirkungseigenschaften. Zwischen die Strahlen setzen die Forscher Atome oder Moleküle, deren Zustand sie dann gezielt beeinflussen. Damit können beispielsweise auch Festkörper simuliert werden. Diese Quantensimulatoren könne man als spezielle Quantencomputer bezeichnen, die auch theoretisch kaum greifbare Quanteneffekte abbilden und untersuchbar machen.

Dabei gehe es vor allem darum, "interessante Vielteilcheneffekte herauszukitzeln: Konkret etwa Effekte, die die Grundlage für Hochtemperatursupraleitung (das Phänomen des widerstandslosen Leitens von Strom; Anm.) sein könnten. Das ist sozusagen der 'Holy Grail' auf dem Gebiet", sagte der Wittgenstein-Preisträger. Bis dahin gebe es aber noch viele Fragen in physikalischen Randbereichen zu erforschen.

So wird bei der Verkleinerung mikroelektronischer Schaltkreise voraussichtlich bald eine entscheidende Grenze erreicht sein - nämlich wenn die Leiterbahnbreite auf lediglich ein bis zwei Atome schrumpft. Spätestens dann kommen die seltsamen, der klassischen Physik oft widersprechenden Regeln der Quantenmechanik verstärkt zum Tragen. "Wir können uns gewisse Effekte in ihrer Reinform jetzt schon im Labor anschauen", skizzierte Nägerl ein weiteres Arbeitsfeld, zu dem sein Team mit Hilfe sogenannter "Quantendrähte" Zugang gefunden hat.

Naturkonstanten auf dem Prüfstand

Die Vielteilchenphysik könnte aber auch dabei helfen, einmal deutlich genauer zu messen - so etwa auch die Zeit. Letztendlich eröffne das Gebiet auch neue Möglichkeiten, um zu überprüfen, ob die Naturkonstanten tatsächlich konstant sind, erklärte der Forscher eine Zukunftsvision.

Beengt geht es allerdings nicht nur in Nägerls Experimenten zu, auch in den Labors regiere leider die Platznot. Angesichts dessen wünscht sich der Wissenschafter, der auch zu den Gründungsmitgliedern der "Jungen Akademie" (vormals "Junge Kurie") an der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zählt, mehr Investitionen in die Forschungsinfrastruktur in Österreich. Hier drohe man hinter Deutschland, die USA oder China zurückzufallen. Zudem brauche es mehr Anstrengungen zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Mit dem Wittgenstein-Preis im Rücken möchte der "begeisterte Snowboarder" und einstige Judoka auch versuchen, sich forschungspolitisch stärker zu engagieren.

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