Atomare Riesen in der Quantenwelt

Die Europäische Union (EU) fördert in den kommenden vier Jahren ein internationales Forschungs- und Trainingsnetzwerk für junge Wissenschaftler, das sich mit atomaren Riesen in der Quantenwelt, den sogenannten Rydberg-Atomen beschäftigt. Für dieses „Integrated Training Network“ mit dem Titel „Cooperativity in Highly Excited Rydberg Ensembles – Control and Entanglement“ (COHERENCE), dem 18 Forschergruppen aus Europa und übersee angehören, stellt die EU Fördermittel in Höhe von bis zu 4,6 Millionen Euro zur Verfügung. Der Auftaktworkshop des COHERENCE-Netzwerks – Koordinator ist der Physiker und Direktor des Zentrums für Quantendynamik der Universität Heidelberg, Matthias Weidemüller – findet vom 28. bis 30. November 2011 an der Ruperto Carola statt. Zu der Veranstaltung im Internationalen Wissenschaftsforum Heidelberg werden Vertreter der weltweit führenden Gruppen dieses Forschungsgebietes zu Vorträgen und Diskussionen erwartet.

In der modernen Quantenphysik beschäftigen sich Physiker weltweit nicht allein mit der Suche nach den kleinsten Teilchen, auch die Methoden der Quantenkontrolle von Atomen und Photonen machen nach den Worten von Weidemüller „rasante Fortschritte und erlauben völlig neuartige Einblicke in die Natur von elementaren Quantensystemen“. Im Fokus steht dabei das Verständnis der Grenze zwischen der von uns täglich wahrgenommenen, klassischen Welt und der Quantenwelt mit ihren teilweise merkwürdigen Gesetzmäßigkeiten. Eine Möglichkeit, diesen Grenzgang zu vollziehen und dabei neue Einsichten zu gewinnen, sind hoch angeregte Atome, sogenannte Rydberg-Atome, die nach einem der Gründungsväter der modernen Atomphysik benannt sind. Bei diesen Atomen wird ein Elektron so stark energetisch angeregt, dass seine Bahnbewegung makroskopische Dimensionen annimmt. Die Ausdehnung derartiger Atome kann in der Größenordnung der Breite eines Haares oder sogar darüber liegen. „Diese atomaren Riesen weisen eine Vielzahl überraschender Eigenschaften auf und bilden durch ihre Dimensionen eine Brücke zwischen Makro- und Mikrowelt. Als Wanderer zwischen den Welten sind sie besonders geeignet, den übergang zwischen klassischer und Quantenwelt besser zu verstehen“, betont der Heidelberger Wissenschaftler.

Ein Konsortium internationaler Spitzengruppen unter Heidelberger Führung hat sich nun im COHERENCE-Netzwerk zusammengefunden, um die zahlreichen fundamentalen Fragestellungen im Zusammenhang mit stark korrelierten Rydberg-Atomen zu erforschen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht dabei nicht allein die Grundlagenforschung, sondern vor allem die Ausbildung und der internationale Austausch von Nachwuchsforschern, insbesondere Doktoranden und Postdoktoranden. Dazu werden die 18 am Netzwerk beteiligten Gruppen Workshops und Trainingsschulen durchführen. Gleichzeitig erhalten die jungen Wissenschaftler die Möglichkeit, längere Forschungsaufenthalte bei den verschiedenen Partnern zu absolvieren, um sich auf eine internationale Karriere vorzubereiten. Neben Gruppen der Grundlagenforschung gehören dem Netzwerk auch zwei mittelständische Unternehmen aus Großbritannien und Deutschland an, um frühzeitig Ideen aus der Forschung mit der Entwicklung von innovativen Anwendungen in der Optik, der Laserentwicklung und der Präzisionssensorik zu verknüpfen.

„Aktives, eigenständiges Forschen auf höchstem Niveau in einem internationalen Umfeld ist die beste Vorbereitung junger Wissenschaftler auf die wissenschaftlichen und technologischen Anforderungen des 21. Jahrhunderts”, sagt Weidemüller. „Mit der Einrichtung des EU-Netzwerks COHERENCE haben wir die einmalige Möglichkeit, ein völlig neues Forschungsgebiet im Grenzbereich der modernen Atom-, Molekül- und Quantenphysik zu etablieren und gleichzeitig jungen Menschen einen Einstieg in die moderne Spitzenforschung zu eröffnen.“

Informationen im Internet können unter http://coherence.physi.uni-heidelberg.de abgerufen werden.