Uhrenvergleich mit spukhafter Fernwirkung

Wir kennen die Szene aus den guten alten Kinofilmen: Die Einbrecherbande hat noch mal den genauen Ablauf ihres Coups besprochen und dann kommt der obligatorische Uhrenvergleich. Wenn sie die Uhren nach dem Verfahren abgleichen, das Alejandra Valencia und ihre Kollegen von der Universität von Maryland in Baltimore County entwickelt und erfolgreich durchgeführt haben, dürfte bei dem Einbruch nichts mehr schief gehen. Den Physikern ist es gelungen, zwei 3 Kilometer voneinander entfernte Uhren bis auf eine Billionstel Sekunde genau aufeinander abzugleichen. Die Forscher werden ihr Experiment in der nächsten Ausgabe der Applied Physics Letters (27.09.2004) vorstellen.
Valencia und ihre Kollegen griffen für ihr Experiment auf eine quantenmechanische Eigenschaft zurück, an deren Existenz Albert Einstein nicht glaubte: die Verschränkung. Zwei miteinander verschränkte physikalische Teilchen verhalten sich fast so wie telepathisch begabte Zwillinge. Führt man an einem der Teilchen eine Messung durch, dann nimmt nicht nur dieses Teilchen einen bestimmten quantenmechanischen Zustand an, sondern sein "Zwillingsbruder" nimmt augenblicklich denselben oder einen dazu äquivalenten Zustand an ? und zwar auch dann, wenn die beiden Teilchen Milliarden von Lichtjahren voneinander entfernt sind. Gerade der letzte Punkt war für Einstein schwer zu akzeptieren, weil gemäß seiner spezielle Relativitätstheorie keine Information schneller als das Licht übertragen werden kann. Einstein nannte die Verschränkung deshalb "spukhafte Fernwirkung".

Die Forscher benutzten verschränkte Photonen, also Lichtteilchen, die sie in einem Kristall erzeugten. Jede der beiden Uhren war mit einem Photodetektor verbunden, der die ankommenden Photonen registrierte. Es wurde jeweils eines der beiden Zwillingsphotonen zum ersten und das andere zum zweiten Detektor gesandt. Anschließend wurden die Photonen zum jeweils anderen Detektor weitergeleitet. Für die Synchronisation der Uhren war es notwendig, dieses Verfahren mehrmals zu wiederholen. Der eigentliche Abgleich der Uhren erfolgte dann über eine statistische Auswertung der Detektormessergebnisse.

Mit einem derartig genauen Uhrenabgleich könnte ein Nachfolgesystem der GPS-Satelliten wesentlich exaktere Ortsbestimmungen zulassen als dies heute möglich ist. Auch für Tests der Gravitationstheorie sind solch präzise Zeitabstimmungen eine Voraussetzung.

Axel Tillemans


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