Science
21.08.2018

Millarden Jahre altes Licht bestätigt Quantenmechanik

Wiener Physiker verwendeten Licht von weit entfernten Galaxien, um verfälschte Messergebnisse auszuschließen.

Mit Hilfe des Milliarden Jahre alten Lichts zweier Quasaren haben Wiener Physiker erneut die Gültigkeit der Quantenmechanik und eines ihrer seltsam anmutenden Phänomene nachgewiesen. Sie schlossen damit einen unbekannten Einfluss auf die Messergebnisse von quantenphysikalisch verschränkten Teilchen praktisch aus, berichten die Forscher um Anton Zeilinger im Fachjournal „Physical Review Letters“.

Albert Einstein war das quantenphysikalische Phänomen der Verschränkung nicht geheuer. Verschränkte Teilchen können physikalisch nicht als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur als Gesamtsystem. Selbst wenn sie sich in sehr großer Entfernung voneinander befinden, beeinflussen Veränderungen an einem Teilchen - etwa eine Messung - augenblicklich auch den Partner. Dabei wird keine Information zwischen den beiden Teilchen ausgetauscht.

Quantenmechanische Rätsel

Weil sich das mit der klassischen Physik nicht erklären lässt, hat Einstein das Phänomen abschätzig als „Spuk“ eingestuft. Dennoch wurden die Effekte der Verschränkung in unzähligen Experimenten nachgewiesen. Gleichzeitig wird seit jeher gerätselt, ob unbekannte Einflüsse die Teilchen oder Messeinrichtungen schon vor dem Experiment beeinflusst worden sein könnten.

Bei den in Verschränkungs-Experimenten eingesetzten Zufallszahlen-Generatoren werden zufällige Folgen von Nullern und Einsern verwendet, um unvorhersehbar zwischen zwei verschiedenen Messanordnungen hin- und herzuschalten. Um eine Beeinflussung der Messgeräte schon beim Setup auszuschließen ließ ein internationales Forscherteam  mehr als 100.000 Menschen weltweit in einem Mitmach-Experiment eine zufällige Abfolge mit Nullen und Einsen eingeben, die für die Einstellung der Messgeräte herangezogen wurden.

Sternenlicht gegen Messfehler

Im Vorjahr verwendeten die Wiener Physiker Licht von 600 Lichtjahre entfernten Sternen für die Messeinstellungen - eine Beeinflussung hätte also bereits vor 600 Jahren erfolgen müssen. Nun ging Zeilingers Team in Kooperation mit internationalen Kollegen noch einen Schritt weiter. Mit zwei Teleskopen auf der Kanareninsel La Palma fingen sie das Licht von zwei Quasaren ein.

Diese hell leuchtenden Kerne aktiver Galaxien liegen in zwei entgegengesetzte Richtungen im Universum rund acht bzw. zwölf Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Farbe der einzelnen Lichtteilchen, die bei der Entstehung der Quasare festgelegt wurde und zwischen rot und blau variiert, steuert die Messeinstellungen von zuvor erzeugten verschränkten Teilchen.

Zwölf Milliarden Jahre alt

Mit dem acht bzw. zwölf Milliarden Jahre alten Licht der beiden Quasare wollten die Physiker sicherstellen, dass die Entscheidung darüber, wie die verschränkten Teilchen gemessen werden, völlig unabhängig von den Forschern und ihrer Umgebung getroffen wird. „Das von Menschen, der Erde und fast unserer gesamten Vergangenheit völlig unabhängige Licht aus dem All ist dafür ideal geeignet“, erklärte Erstautor Dominik Rauch vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Universität Wien in einer Aussendung.

Es sei das erste Mal, dass Milliarden Jahre altes Licht zum Nachweis der Quantenverschränkung genutzt wurde. „Die Wahrscheinlichkeit, dass es verborgene Einflüsse gibt, die eine zur Quantenmechanik alternative Erklärung der Verschränkung liefern, liegt damit bei nahezu Null. Die Wahl der Messeinstellung hätte für unsere Versuchsanordnung lange vor der Entstehung der Erde erfolgen müssen“, sagte Zeilinger.