Science
03.09.2013

Quantenexperiment: Algenskelett als Doppelspalt

Wiener Physiker verwenden Algen-Poren als Beugungsgitter für große Moleküle und können so das typische Interferenzmuster des Doppelspalt-Experiments generieren.

Dass in der Quantenwelt ein Objekt sowohl Teilchen-als auch Wellen-Eigenschaften hat, konnten Wiener Physiker bereits eindrucksvoll zeigen, selbst mit - für die Quantenwelt riesigen - Molekülen. Schickt man solche durch einen Doppelspalt, entstehen genauso wie bei Lichtwellen helle und dunkle Streifen. Weil die Spalten sehr klein sein müssen, war dafür kostspielige Nanotechnologie erforderlich. Nun haben die Wissenschafter mit Algenskeletten ein natürliches Beugungsgitter entdeckt - und über ihre Experimente ein bereits international erfolgreiches Video gedreht.

Welle-Teilchen-Dualität

Das quantenphysikalische Phänomen der Welle-Teilchen-Dualität lässt sich gut an Lichtteilchen (Photonen) illustrieren. Ihre Welleneigenschaft sieht man am besten im Doppelspaltexperiment: Schickt man Licht durch zwei enge Spalte, so entstehen auf einem Schirm dahinter helle und dunkle Bereiche. In den hellen Arealen verstärken die Lichtwellen einander, in den dunklen löschen sie sich aus. Die Forscher sprechen dabei auch von Interferenz.

Solche Interferenzmuster erzeugten die Wiener Physiker mit immer größeren Objekten, im Vorjahr gelang es mit Phthalocyanin-Molekülen, die 58 bis 114 Atome groß waren. Mit solchen Molekülen arbeiteten die Wissenschafter auch in ihrer neuen, in der Fachzeitschrift "New Journal of Physics" veröffentlichten Publikation. Statt allerdings sehr kostspielige Nanotechnologie für die Produktion des Dopplespalts zu verwenden, nutzten sie Biomaterial.

Poren im Nanometer-Abstand

Das Skelett der Meeresalge "Amphipleura pellucida" verfügt über regelmäßig angeordnete Poren, die rund 200 Nanometer voneinander entfernt sind und deren Öffnung rund 120 Nanometer (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters) groß ist. Schickt man die Moleküle durch diese Öffnungen, entsteht auch dort ein Beugungsmuster.

Die Teilchen treten bei ihrem Flug durch eine Pore in Wechselwirkung mit der Wand, wodurch dich das Beugungsmuster leicht verändert. Dies könnte es einmal ermöglichen, gleich einem Mikroskop von innen in die Poren hineinzuschauen. Noch sei dies nicht möglich, aber "Theoretiker überlegen mit uns gemeinsam, wie man das machen könnte", sagte Markus Arndt von der Fakultät für Physik der Uni Wien gegenüber der APA.

Lob der Fachwelt

Weil wissenschaftliche Verlage aus Marketing- und Vermittlungsgründen ihre Publikationen zunehmend um kurze Videobeiträge erweitern, "Video Abstracts", produzieren immer mehr Wissenschafter auch selbst solche Videos - auch das Team um Arndt hat ihre aktuelle Arbeit audiovisuell aufbereitet. Das Video wurde von der Redaktion des "New Journal of Physics" zu ihrem Lieblingsbeitrag ("officially the NJP teams favourite video abstract ever") gekürt, berichtet die Uni Wien auf ihrer Homepage. Der Film nimmt auch am deutschen Video-Wettbewerb "Fast Forward Science" teil, der von Wissenschaft im Dialog und dem Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft veranstaltet wird.