Grenzen in Quantenmechanik und Gravitation überschreiten

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Physiker Dr. André Großardt wird mit einem Freigeist-Fellowship der VolkswagenStiftung an der Universität Jena forschen. (Foto: privat)
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Jena (FSU/jd) Zu Quantenmechanik und Gravitationstheorie besteht nicht nur bei vielen Laien Ratlosigkeit, auch für Physiker liegen dazwischen Welten. Während bei ersterem Moleküle mit 800 Atomen die größtmögliche Untersuchungseinheit bilden, werden zum Erforschen der Gravitationskraft erst Massen ab mehreren hundert Gramm relevant. „Das entspricht in etwa dem Verhältnis eines Salzkorns zum Mount Everest“, erklärt Dr. André Großardt. Der theoretische Physiker möchte diese Diskrepanz deutlich verringern, „um in der Zukunft die Wechselwirkung von Quantenmechanik und Gravitation experimentell untersuchen zu können.“ Für das außergewöhnliche Vorhaben erhält er nun von der VolkswagenStiftung ein Freigeist-Fellowship am Institut für Theoretische Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Stiftung fördert das Projekt „Dekohärenz in gravitierenden Quantensystemen und Quantensystemen im Gravitationsfeld“ über fünf Jahre mit einer Summe von rund 960.000 Euro. Aus rund 90 Bewerbungen aller Fachrichtungen wurden acht Fellows mit unkonventionellen und gewagten Forschungsideen ausgewählt.

Offene Fragen der theoretischen Physik klären
Großardt, der derzeit noch an der Queen‘s University Belfast in Nordirland forscht, wird dafür ab dem kommenden Jahr an der Uni Jena eine Nachwuchsgruppe mit drei Doktoranden leiten. „Bislang gibt es für die allgemeine Relativitätstheorie keine Quantenbeschreibung. Umgekehrt wird auch die Quantenmechanik nur ohne Berücksichtigung der Gravitation untersucht“, erläutert er. „Wir möchten bedeutende offene Fragen der theoretischen Physik klären und damit den Grundstein für Experimente legen, die bald möglich sein könnten.“

Die Vereinigung der bisher als unvereinbar geltenden Forschungsfelder könnte unter Nutzung des Superpositionsprinzips gelingen. „Durch Superposition können quantenmechanische Teilchen an zwei Orten zugleich sein. In diesem Zustand wollen wir die Anziehung untersuchen, um mit Hilfe von Laborexperimenten Einblicke in das Zusammenspiel von Gravitation und Quantentheorie zu erhalten“, sagt der 33-jährige Freigeist-Stipendiat. In den anvisierten Experimenten würden Salzkorn und Mount Everest einander angenähert, so dass sich im Größenverhältnis eher Elefant und Freiheitsstatue begegnen. „Ein denkbares Ergebnis wäre, dass die Gravitation als Quantentheorie beschrieben werden kann: Die Teilchen würden ein ähnliches Verhalten an den Tag legen, wie es für die elektrische Kraft bereits untersucht und verstanden ist. Alternativ könnten die untersuchten Teilchen auch die Eigenschaften entsprechend der Relativitätstheorie behalten, dann entzöge sich die Gravitation der Quantentheorie und wäre von anderen Kräften grundsätzlich verschieden“, erklärt Dr. Großardt.

Interdisziplinär und international ausgerichtet
An der FSU findet er für sein Vorhaben beste Bedingungen vor: „Die Institutsleitung der Theoretischen Physik war sofort aufgeschlossen und angetan von meiner Projektidee. Ich bin gespannt und freue mich auf diese Zeit“, so der gebürtige Offenburger, der 2019 mit seiner Frau und zwei Kindern in die Saalestadt ziehen wird. André Großardt wurde das übergreifende Interesse in die wissenschaftliche Wiege gelegt: Während er sich in seiner Promotion an der Universität Bremen mit Einsteins Relativitätstheorie befasste, verschrieb er sich als Post-Doc an der Universität Triest, Italien, vorrangig der Quantentheorie. In Belfast arbeitet er im Rahmen eines Feodor Lynen-Fellowships der Alexander von Humboldt-Stiftung eng mit Experimentalphysikern zusammen.

Mit dem Freigeist-Fellowship fördert die VolkswagenStiftung seit 2014 außergewöhnliche Forscherpersönlichkeiten, die sich zwischen etablierten Forschungsfeldern bewegen, risikobehaftete Wissenschaft betreiben möchten und deren Promotion maximal vier Jahre zurückliegt. Durch vorausschauendes Agieren werden die Freigeist-Fellows zum Katalysator für die Überwindung fachlicher, institutioneller und nationaler Grenzen, so die VolkswagenStiftung.

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