Seminarbericht

Dieses Seminar fand vom 26. bis 28. Juni 2017 im Physikzentrum Bad Honnef statt und führte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Quantenphysik und der Gravitationsphysik zusammen. Sie diskutierten theoretische und experimentelle Aspekte der Auswirkungen von Gravitation auf Quantensysteme ebenso wie die Dekohärenz und die Gravitation makroskopischer Quantensysteme.

Ein zentrales Thema des Workshops war die Frage, ob Gravitation klassisch oder quantenmechanisch behandelt werden muss. Ein Gedankenexperiment, bei dem sich eine hinreichend große Masse in einer Superposition verschiedener Positionen befindet, verdeutlicht die Bedeutung dieser Frage. In diesem Zusammenhang wurden durch Schwerkraft motivierte Modifikationen der Quantentheorie sowie dynamische Kollapsmodelle behandelt. Ein davon unabhängiger Ansatz stellt zur Diskussion, ob uns die fundamentale Limitierung der Genauigkeit von Uhren möglicherweise prinzipiell daran hindert, die Quantenkohärenz wirklich makroskopischer Objekte zu testen.

Während die Dekohärenz aufgrund gravitativer Effekte in heute realisierbaren Experimenten sehr schwach ist, scheinen selbst schwach gekrümmte klassische Raumzeiten die Kohärenz von Quantensystemen durch differentielle Zeitdilatation beeinflussen zu können. In der Quantenkosmologie, in der das gesamte Universum ein abgeschlossenes Quantensystem ist, wird sogar angenommen, dass Gravitation eine zentrale Rolle beim Auftreten klassischer Eigenschaften spielt.

In Experimenten ist es inzwischen gelungen, Quantensuperposition mit Massen von bis zu 104 atomaren Masseneinheiten (amu) nachzuweisen. Erdbasierte Experimente mit optomechanisch gekühlten Testteilchen sollten es ermöglichen, diese Grenze mittelfristig auf bis zu 106 amu zu verschieben; weltraumbasierte und magnetomechanische Systeme langfristig zu noch höheren Massen.

Weitere Höhepunkte des Treffens waren die Vorträge von Nergis Mavalvala über die Detektion von Gravitationswellen mit LIGO und von Daniele Vetrugno über die LISA-Pathfinder Mission. LISA und LIGO werden es ermöglichen, in Zukunft komplementäre Quellen von Gravitationswellen im mHz- bzw. im kHz-Bereich zu untersuchen.

Das Seminar stieß auf reges Interesse und positiven Widerhall bei allen Teilnehmerinnen und Teilnehmern, insbesondere auch bei Doktoranden und Postdocs. Der Zeitpunkt war ideal, um Wissenschaftler zusammenzubringen, die in diesem neu entstehenden Feld arbeiten. Zu besonders regem Austausch kam es bei einigen Diskussionsrunden, einer Postersitzung sowie in informellen Diskussionen.

Dr. Albert Roura, Universität Ulm; Dr. Rainer Kaltenbaek, Universität Wien; Dr. Magdalena Zych, University of Queensland, Australien