Der Quanten-Mic-Drop: Physiker lassen ein 'halbes Atom' fallen und Einstein behält recht

Der Legende nach warf Galileo Galilei 1589 zwei Kanonenkugeln vom Schiefen Turm von Pisa, um zu beweisen, dass die Schwerkraft alle Massen gleich schnell beschleunigt. Über 400 Jahre später gaben Quantenphysiker diesem Experiment das wohl verrückteste Upgrade der Wissenschaftsgeschichte: Was passiert, wenn man nicht zwei Kugeln fallen lässt, sondern ein halbes Atom fallen lässt, während die andere Hälfte regungslos in der Luft schwebt?

In einer bahnbrechenden Veröffentlichung in Science Advances testete ein internationales Team um Nobelpreisträger Sir Roger Penrose (zusammen mit Forschern der Ben-Gurion-Universität, der Universität Oxford und der Universität Ulm) Einsteins Äquivalenzprinzip im ultimativen Härtetest.

Warum sorgt dieser atomare Freifall für weltweites Aufsehen in der Physik?

• Einsteins Äquivalenzprinzip hält stand: Die Grundsäule der Allgemeinen Relativitätstheorie besagt, dass im freien Fall Gravitationseffekte lokal verschwinden. Das Experiment bewies: Selbst Materie im Zustand quantenmechanischer Überlagerung gehorcht Einsteins Raumzeit-Geometrie punktgenau.
• Brückenschlag zur Quantengravitation: Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik gelten als unvereinbar. Gravitationsphasen direkt an geteilten Atomwellen zu messen, liefert erste handfeste Messdaten für künftige Vereinheitlichungstheorien.
• Prüfstein für Penrose-Kollaps: Sir Roger Penrose vermutet seit Langem, dass die Gravitation selbst für den Kollaps der Quantenüberlagerung verantwortlich ist. Die neue Messapparatur ebnet den Weg für direkte experimentelle Tests dieser kühnen Hypothese.

Wenn Ihnen das nächste Mal das Smartphone aus der Hand rutscht: Trösten Sie sich mit dem Gedanken, dass im Quantenbereich theoretisch ein Teil der Wellenfunktion in der Luft geblieben sein könnte – leider war der makroskopische Bildschirm von dieser Ausrede unbeeindruckt.