Mechanische Schwingungen mit Teilchencharakter

Mechanische Schwingungen mit Teilchencharakter

Dass sich Lichtwellen wie Teilchen verhalten, ist spätestens seit Einsteins Arbeit zum Photoeffekt bekannt, für die er den Nobelpreis erhielt. Dieser Teilchencharakter kann mit einem halbdurchlässigen Spiegel gezeigt werden. Wenn ein Lichtteilchen auf diesen trifft, wird es entweder vollständig durchgelassen oder vollständig reflektiert. Es teilt sich nicht. Das zeigt, dass Licht aus kleinsten Energiepaketen besteht, die nicht weiter geteilt werden können. Das Experiment ist als das „Hanbury Brown and Twiss-Experiment“ bekannt.

Weniger beachtet ist der Umstand, dass sich Materiewellen ebenfalls wie Teilchen verhalten. Um diese sogenannten Phononen nachzuweisen, hat das Team um Simon Gröblacher von der TU Delft in den Niederlanden das Hanbury Brown and Twiss-Experiment angepasst. Dazu verwendeten die Wissenschaftler einen Balken aus Silizium mit einer Dicke von einem bis zehn µm. Der Balken war derart gestaltet, dass er von einem Laserpuls in Schwingung versetzt werden oder Schwingungen auf einen Laserpuls übertragen konnte, was die Wissenschaftler als Auslesen bezeichneten. Die Art der Wechselwirkung konnten sie mit der Farbe des Lasers bestimmen.

Knapp über dem absoluten Nullpunkt wurde der Balken mit einem schwachen Laser in Schwingung versetzt und mit einem stärken Laser ausgelesen. Durch die Messung konnte bestätigt werden, dass die mechanische Schwingung tatsächlich quantisiert ist und somit einen Teilchencharakter hat.

Dieser Nachweis ist ein Schritt zur vollständigen quantenoptischen Kontrolle mechanischer Schwingungen. Diese kleinen Balken könnten in Zukunft eine Rolle in integrierten Schaltkreisen für Quantennetzwerke spielen.