Ein Saphir-Schrödingers Katze zeigt, dass Quanteneffekte skalieren können.

Im Einklang mit der großen Tradition von dicken Katzen ist eine neu erstellte Quanten-"Katze" insbesondere für den Quantenbereich sehr massiv.

Wissenschaftler haben ein zitterndes Stück Saphirkristall in einen sogenannten "Katzenzustand" versetzt, in dem ein Objekt gleichzeitig in zwei verschiedenen Zuständen existiert. Es handelt sich um eine Situation, die an den Lieblings-Imaginärkatzen-Physiker Schrödingers Katze erinnert, die dafür bekannt ist, zur gleichen Zeit lebendig und tot zu sein.

Die neue Saphir-Katze hat nach Angaben der Physiker in der Ausgabe des 21. April von Science ein relativ schweres Gewicht von 16 Mikrogramm. Das ist fast die Hälfte der Masse eines Wimpernhaares und mehr als 100 Billionen Mal die Masse von Katzenzuständen, die zuvor mit Molekülen erzeugt wurden. "Wir haben einen neuen Bereich erreicht, in dem die Quantenmechanik offensichtlich funktioniert", sagt der Physiker Yiwen Chu von der ETH Zürich.

In einer Quanten-Fabel, die in den 1930er Jahren von dem Physiker Erwin Schrödinger ausgedacht wurde, ist eine Katze in einer Box gefangen und landet aufgrund von Quanteneffekten zur gleichen Zeit lebendig und tot (SN: 5/26/16). Dieses paradoxale Szenario tritt in der realen Welt nicht auf. Während Quantenteilchen in der Lage sind, in zwei verschiedenen Zuständen gleichzeitig zu existieren – was als Überlagerung bezeichnet wird – werden diese Effekte bei katzenhaften Dingen verwischt.

Quanteneffekte sind in der Regel auf Atome, Moleküle und Ähnliches beschränkt. Die für menschliche Augen sichtbare Alltagswelt zeigt keine Quanteneigenschaften. Wissenschaftler können bestimmte winzige Objekte dazu bringen, Quanteneigenschaften zu zeigen (SN: 4/25/18). Aber sie verstehen die Grenze zwischen dem quantenmechanischen und dem nicht-quantenmechanischen Bereich nicht vollständig.

"Wir haben wirklich erst begonnen, dieses Zwischenreich zu verstehen", sagt Benjamin Sussman von der Universität Ottawa, der an der neuen Studie nicht beteiligt war. "Es ist von wirklich tieferem Interesse zu sehen, wie diese Quantensysteme skaliert werden und wie sie sich verhalten."

Katzenzustände sind eine besondere Art von Quantenverhalten, die Schrödingers Idee nahe kommt. Sie sind Überlagerungen von zwei Zuständen, die nach der klassischen Physik, die die Alltagswelt beschreibt – wie eine lebende oder tote Katze – unterschiedlich sind, anstatt zwei Zustände, die nur in der quantenmechanischen Domäne existieren, wie die Energiezustände eines Atoms.

In dem neuen Experiment haben die Forscher einen Teil eines Saphirkristalls so zum Zittern gebracht, dass seine Atome in zwei Richtungen gleichzeitig bewegt wurden. Das ist eine Unterscheidung, die "den Geist" von Schrödingers Katze einfängt, sagt Chu.

Die Vibrationen wurden innerhalb eines Splitters des Kristalls durchgeführt, der aus 100 Millionen Milliarden Atomen besteht. Das ist groß genug, dass er, wenn er aus dem Rest des Kristalls extrahiert würde, dem bloßen Auge sichtbar wäre, sagt Chu.

Die Oszillationen der Atome waren jedoch winzig, etwa ein Millionstel eines Billionstels eines Millimeters – nicht gerade im Maßstab von Alltagsobjekten. Andere Demonstrationen von Katzengemälden haben trotz weniger Atomen eine viel größere räumliche Trennung gezeigt.

In zukünftigen Arbeiten möchte Sussman sehen, dass die Forscher nicht nur die Masse, sondern auch die Größe der Oszillationen skalieren. "Das wird wirklich schwer, aber es wird wirklich interessant sein."