Wenn Licht zur Flüssigkeit wird

Photonen, diese flüchtigen Botschafter des Lichts, sind seit Jahrhunderten bekannt. Doch sie sind immer noch für Überraschungen gut, wie die Forschungen von Elisabeth Giacobino zeigen: Die französische Physikerin ist die Entdeckerin des flüssigen Lichts.

science.ORF.at: Frau Giacobino, Sie beschäftigen sich in Ihren Forschungen mit flüssigem Licht - was ist das?

Elisabeth Giacobino: Es ist mehr als das, es handelt sich um supraflüssiges Licht. In den Frühzeiten der Physik betrachtete man Licht als Strahl, durch Newton wurde es zum Teilchen und seit den Arbeiten von Maxwell betrachtet man es als Welle. Zu Einsteins Zeiten stellte sich heraus: Licht ist beides, Teilchen und Welle. Dass sich Licht auch wie eine Flüssigkeit verhalten kann, ist relativ neu. Wenn man einen Laser mit genügend Energie ausstattet und entsprechend präpariert - etwa das Licht in einer optischen Falle einsperrt, dann kann es sich wie suprafluides Helium verhalten. Die Formeln, die dieses Verhalten beschreiben - zum Beispiel die nichtlineare Schrödinger-Gleichung - gibt es schon lange. Nun können wir das tatsächlich im Labor beobachten. Das ist das Faszinierende an der Physik: Wir können die Natur mit Hilfe der Mathematik verstehen.

Laboratoire Kastler Brossel Elisabeth Giacobino ist Forschungsdirektorin am Laboratoire Kastler Brossel der Université Pierre et Marie Curie in Paris. Arbeitsgebiete: Quantenoptik und Quanteninformation. Von 2003 bis 2006 war sie Direktorin im französischen Ministerium für Bildung und Forschung. Am 18.4.2018 hielt sie an der Akademie der Wissenschaften in Wien einen Vortrag über supraflüssiges Licht.

Wann gelang ihnen dieser Nachweis?

Elisabeth Giacobino: Hinweise darauf gab es bereits in den 80er- und 90er-Jahren. Der erste experimentelle Nachweis von superfluidem Licht gelang uns in Paris, das war im Jahr 2007.

Stimmt es, dass Licht in diesem Zustand eine Masse hat?

Elisabeth Giacobino: Wir nennen das „effektive Masse“. Wenn sich Licht in einer optischen Falle hin und her bewegt, dann verhält es sich so, als ob es eine Masse hätte. Aber in Wirklichkeit sind die Lichtteilchen nach wie vor masselos.

Könnte es dafür auch praktische Anwendungen geben?

Elisabeth Giacobino: Momentan interessieren wir uns vor allem für das Phänomen an sich. Aber ich kann mir durchaus vorstellen, dass es einmal technologische Anwendungen geben wird. Etwa im Bereich der Elektronik. Mit supraflüssigem Licht könnte man extrem schnelle Schalter und Transistoren bauen.

Sie sind auch am EU-Flaggschiffprojekt zu Quantentechnologien beteiligt: Was ist der momentane Stand dieses eine Milliarde Euro schweren Großprojekts?

Elisabeth Giacobino: Nachdem der Lenkungsausschuss des Projekts, zu dem auch ich gehöre, der EU einen Bericht vorgelegt hat, wurde Ende letzten Jahres eine Ausschreibung gestartet, an der sich alle wichtigen Forscherteams in Europa beteiligt haben. Die Deadline ist mittlerweile vorüber, nun werden die mehr als 100 Forschungsanträge begutachtet. Wir nennen das die „Ramp-Up Phase“, für die von der EU 230 Millionen Euro zur Verfügung gestellt wurden. Jetzt gilt es herauszufinden, welche Projekte gefördert werden und in welche Richtung die Forschung gehen soll. Sicher ist, dass es vier Pfeiler geben wird: Quantensensoren, Quantensimulation, Quantenkommunikation und Quantencomputer.

Aus welchen Bausteinen könnte der Quantencomputer Ihrer Ansicht nach einmal bestehen?

Elisabeth Giacobino: Das ist schwer zu sagen, weil sich das Feld sehr schnell entwickelt. Auch deshalb, weil sich scheinbar uninteressante Dinge plötzlich als äußerst nützlich entpuppen können. Denken Sie nur an den Laser, als der entwickelt wurde, haben die Leute auch gesagt: Wozu soll denn das gut sein? Als Bausteine für den Quantencomputer kommen viele Systeme in Frage, zum Beispiel Supraleiter und Ionenfallen. Aber es ist durchaus möglich, dass in nächster Zeit völlig neue Ideen entstehen. Kurz gesagt: Ich weiß es nicht.

Stichwort Wissenschaftspolitik: Welche Auswirkungen hat der „Brexit“ auf das Flaggschiffprojekt?

Elisabeth Giacobino: Der „Brexit“ ist ein Problem. Wir kooperieren mit vielen britischen Forschern, die in dem Projekt wichtige Arbeit leisten. Natürlich sind wir sehr daran interessiert, die Zusammenarbeit fortzusetzen. In der erwähnten Anschubphase werden sie noch dabei sein - was dann passiert, ist offen. Eine Möglichkeit wäre, dass sich die britischen Kollegen neu organisieren, sodass sie weiter an den Projekten teilnehmen können. In etwa so, wie es Wissenschaftler aus der Schweiz oder aus Israel jetzt schon tun. Die haben ja auch Zugang zu EU-weiten Forschungsprojekten.

Das heißt, die britischen Wissenschaftler bleiben Teil der Forschungsteams?

Elisabeth Giacobino: Das ist zumindest meine Hoffnung. Und ich weiß, dass zurzeit viele Leute in Großbritannien an diesem Ziel arbeiten. Und ich erwarte auch, dass von politischer Seite entsprechend Druck ausgeübt wird, damit das gelingt.

Blicken wir etwas weiter in die Zukunft: Was erwarten Sie sich von der europäischen Quanteninitiative?

Elisabeth Giacobino: Zum einen, dass die wissenschaftlichen Verflechtungen der einzelnen Länder noch stärker werden. Bei den bisher eingereichten Projektanträgen fällt auf: Es sind auch viele Unternehmen beteiligt. Ich werte das als gutes Zeichen dafür, dass die Grundlagenforschung in Anwendungen münden wird, von der Elektronik bis hin zur Kommunikation. Nehmen wir etwa die Transistoren in Ihrem Smartphone als Beispiel: Die sind bereits jetzt zehn Nanometer klein - das ist nicht mehr weit von jener Grenze entfernt, ab der man das quantenphysikalische Verhalten von Elektronen oder anderen Teilchen berücksichtigen muss. Dieser Schritt wird kommen. Und es ist gut möglich, dass uns das neue Möglichkeiten eröffnet.

Interview: Robert Czepel, science.ORF.at

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