Die Quantenphysik ist ein faszinierendes und komplexes Gebiet, das Forscher wie Francesca Ferlaino zu bahnbrechenden Entdeckungen inspiriert. Am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Innsbruck untersucht sie die Eigenschaften von Atomen, die sich in einer extremen Umgebung befinden – nahe dem absoluten Nullpunkt. Diese Erkenntnisse haben überraschende Implikationen für das Verständnis von Neutronensternen, den mysteriösen und ultradichten Objekten, die entstehen, wenn massereiche Sterne kollabieren.
„Ein Neutronenstern hat unglaubliche Eigenschaften, die selbst in der Physik schwer zu begreifen sind“, erklärt Ferlaino. Ein Neutronenstern im Größenvergleich zu Innsbruck könnte mehr Masse haben als die Sonne, und in seinem Inneren könnte sich eine komplexe Quantenmechanik abspielen, die sie in ihrem Labor simuliert. Die Temperatur in solchen Sternen kann bis zu einer Milliarde Grad Celsius erreichen und sorgt für extreme Druckverhältnisse.
Das Geheimnis der tiefen Kühlung
Ein Schlüssel zu Ferlainos Forschung ist die Anwendung von Laserkühlung. Diese Technik erlaubt es ihr, Materie nicht durch Erwärmung, sondern durch Kühlung auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt zu bringen. Sie erklärt, dass herkömmliche Kühlmethoden hier nicht ausreichen: „Wir verwenden Laserstrahlen, die auf die Atome zielen und deren Bewegung verlangsamen. So wird Materie zunehmend kälter.“ In diesem Zustand, der für die Quantenmechanik wichtig ist, können Atome neue, überraschende Eigenschaften zeigen und als Quantenflüssigkeiten interagieren, also sich wie Flüssigkeiten verhalten, obwohl sie in einem gasförmigen Zustand sind.
Diese Quantenflüssigkeiten sind nicht nur interessanterweise stabil, sondern zeigen auch eine Reihe von eindrucksvollen Eigenschaften. Sie erzeugen z. B. eine Vielzahl von gleichartigen Wirbeln, was in einem „wissenschaftlichen Schmelztiegel“ neue Perspektiven auf die Materie eröffnet. Die Quantenmechanik spielt hier eine zentrale Rolle und eröffnet neue wissenschaftliche Gefilde.
Der Blick auf Neutronensterne
Besonders spannend wird die Verbindung zur Astrophysik, wenn Ferlaino mit Wissenschaftlern aus Gran Sasso in Italien an Neutronensternen arbeitet. Ihre neue Theorie besagt, dass unter der harten Kruste solcher Sterne ein suprafester Mantel existieren könnte, der sowohl feste als auch flüssige Eigenschaften aufweist. „Der obere Teil des Neutronensterns kann langsamer werden, während der innere Mantel schnell bleibt. Dieses Ungleichgewicht lässt die quantenhafte Bewegung der Wirbel an die Oberfläche entweichen, was den Stern neue Energie verleihen könnte“, beschreibt Ferlaino. Diese Erkenntnisse könnten neue Wege zur Erklärung bislang unerklärlicher Phänomene bei Pulsaren eröffnen.
Doch Ferlaino geht über die Physik hinaus. Sie initiiert auch das Projekt „Atom*Innen“, ein Netzwerk, das speziell für Quantenphysikerinnen in Österreich gedacht ist. „In der Physik sind Nur 29 Prozent der Studierenden Frauen. Das muss sich ändern“, sagt sie. „Wir wollen Mädchen dazu ermutigen, sich für Wissenschaft zu entscheiden und zwar egal, in welchem Alter oder aus welchem Hintergrund sie kommen.“ Jedes bedeutende Ergebnis ihrer Arbeit hilft, den Raum für zukünftige Generationen von Wissenschaftlerinnen zu erweitern und zu verbessern.
Die Ergebnisse ihrer aktuellen Forschungen sind vielversprechend. Die Demonstration, dass Quanteneffekte sowohl in einem Labor in Innsbruck als auch auf der astralen Bühne der Neutronensterne existieren, stellt eine tiefere Verbindung zwischen Mikrowelt und Makrowelt her. Es bietet eine neue Perspektive, die zeigt, wie universelle physikalische Prinzipien überall gelten können, ganz gleich, wo sie untersucht werden. Mehr zum Thema finden Sie in einem aktuellen Gespräch hier.
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