An den Grenzen der Quantenwelt
Der französische Nobelpreisträger Serge Haroche wird nächste Woche an der ETH Zürich die «Paul Bernays Lectures» halten. Er beschäftigte sich in seiner Forschung mit dem Übergang von Quantenphysik zu klassischer Physik.
Er ist einer der Gründerväter der Quantentechnologie. Die Experimente, die der französische Nobelpreisträger Serge Haroche vor zwanzig Jahren vollbrachte, gelten als Wegbereiter für die heutige quantentechnologische Forschung. Zwar interessierten sich Wissenschaftler bereits lange vor ihm für die Quantenmechanik. Denn Forschern fiel am Anfang des 20. Jahrhunderts auf, dass die Gesetze der klassischen Physik nicht ausreichen, um das Verhalten einzelner Atome oder Lichtteilchen zu erklären. Lange Zeit waren Quantenphysiker damit beschäftigt, diese Phänomene zu beschreiben.
Haroche gehörte in den 1990er Jahren zu den ersten, welche gekoppelte quantenmechanische Systeme gezielt untersuchten und kontrollieren. «Er hat damit die Erkenntnis geschaffen, dass sich solche Systeme überhaupt kontrollieren lassen», sagt Klaus Ensslin, Professor für Experimentalphysik an der ETH Zürich und Leiter des nationalen Forschungsschwerpunkts Quantenwissenschaften und ‑technologie (NCCR QSIT). «Auch wenn es von der Kontrolle eines Quantensystems bis zur Quantentechnologie noch ein Riesenschritt ist, ist Technologie letztlich nichts anderes als eine ganz gezielte Kontrolle eines auf diese Technologie hin massgeschneiderten physikalischen Systems.»
Philosophie der exakten Wissenschaften
Kommende Woche wird Serge Haroche auf Einladung des Departements Geistes-, Sozial und Staatswissenschaften (D-GESS), des Departements Physik (D-PHYS) und des Departements Mathematik (D-MATH) an der ETH Zürich drei Vorlesungen zu seinem Forschungsgebiet halten. Dies im Rahmen der diesjährigen «Paul Bernays Lectures» zu Ehren dieses Mathematikers und Philosophen, der an der ETH gewirkt hat und 1977 verstorben ist. Die Vorlesungsreihe ist der Philosophie der exakten Wissenschaften gewidmet.
Serge Haroche beschäftigte sich in seiner Forschung bisher stark mit dem Übergang von der atomaren Welt, in der die Gesetze der Quantenphysik gelten, zu der von blossem Auge sichtbaren Welt, die den Gesetzen der klassischen Physik gehorcht. Er interessierte sich für die Bedingungen, wann ein System aufhört, quantenphysikalisch zu funktionieren und «klassisch» wird. «Das Studium dieses Übergangs und der Versuch, die beiden Welten zusammenzubringen, ist gerade aus philosophischer Sicht zentral. Denn letztlich gibt es nur eine einzige physikalische Wirklichkeit» , sagt Norman Sieroka, Physiker und Privatdozent für Philosophie an der ETH Zürich und Mitglied des Beirats der «Paul Bernays Lectures». «Wir sind froh, dass wir Serge Haroche als herausragenden Wissenschaftler, der experimentelle Quantenphysik betreibt, für die diesjährigen Paul Bernays Lectures gewinnen konnten.»
Über Serge Haroche
Serge Haroche (70) ist Professor für Quantenphysik am Collège de France in Paris. In den 1990er Jahren gelang es ihm, einzelne Mikrowellen-Teilchen (Photonen) «einzufangen», das heisst, ihren Aufenthaltsort auf einen wenige Zentimeter durchmessenden Raum zwischen zwei hochreflektierenden «Spiegeln» aus einem supraleitenden Material einzuschränken. Mithilfe von speziell präparierten Atomen (sogenannten Rydberg-Atomen) konnte er den quantenphysikalischen Zustand der eingefangenen Mikrowellen-Photonen verändern. Schliesslich konnte er – ebenfalls mit Rydberg-Atomen, die er durch die «Photonen-Falle» schickte – diesen Zustand messen, und zwar ohne dabei das Mikrowellen-Photon zu beeinflussen. Möglich war ihm das auch, wenn sich das Mikrowellen-Photon in einer Überlagerung aus zwei unterschiedlichen quantenphysikalischen Zuständen befand. Damit entwickelte er eine experimentelle Entsprechung des berühmten Gedankenexperiments des österreichische Physikers Erwin Schrödinger, in dem eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein kann. Für seine Forschung zur Wechselwirkung zwischen Materie (Atome) und Licht (Mikrowellen-Photonen) erhielt Haroche zusammen mit dem Amerikaner David Wineland den Physik-Nobelpreis 2012.
Paul Bernays Lectures 2015
Die «Paul Bernays Lectures» sind eine jährlich stattfindende, dreiteilige Ehrenvorlesungsreihe, die der Philosophie der exakten Wissenschaften gewidmet ist. Mit ihnen wird der Logiker, Mathematiker und Philosoph der Logik und Mathematik Paul Bernays geehrt, der von 1933 bis 1959 an der ETH Zürich lehrte und forschte. Im Rahmen der «Paul Bernays Lectures» präsentieren herausragende geladene Referenten ihre wegweisende Forschung.
Dienstag, 8. September 2015, 17.00 Uhr
Serge Haroche: How the laser has revolutionized physics over the last fifty years
Mittwoch, 9. September 2015, 16.30 Uhr
Serge Haroche: Controlling photons in a box and raising Schrödinger cats of light – when thought experiments become real
Donnerstag, 10. September 2015, 16.30 Uhr
Serge Haroche: Counting and controlling photons non-destructively
Alle Vorlesungen finden im Auditorium F3 im ETH-Hauptgebäude, Rämistrasse 101, Zürich, statt. Die Vorlesungen werden auf Englisch gehalten und sind öffentlich. Eine Anmeldung ist nicht notwendig.
Weitere Informationen: www.ethz.ch/bernays