Quantentechnologie wird unsere Zukunft bestimmen, und Europa soll dabei eine führende Rolle spielen – das ist das Ziel von QuantERA, einem transnationalen Forschungsfinanzierungs-Netzwerk, gefördert von der EU.
Eines der Großprojekte, die von QuantERA ermöglicht werden, ist ResonaTHOR, geleitet von Prof. Thorsten Schumm vom Atominstitut der TU Wien. Dabei geht es um eine revolutionäre Technologie, die erst durch kürzlich gelungene Durchbrüche an der TU Wien möglich gemacht wurde: Man fand eine Möglichkeit, Atomkerne mit Laserstrahlen von einem Zustand in einen anderen Zustand umzuschalten. Dadurch kann man nun völlig neue, ultrapräzise Messmethoden entwickeln.
Neben Thorsten Schumms Team an der TU Wien sind an diesem neuen Projekt auch die Forschungsgruppen von Charles Roques-Carmes (ISTA), Lino M. C. Pereira und Sandro Kraemer (KU Leuven), Kasper Van Gasse (Ghent University/imec), Adriana Pálffy-Buß (Julius-Maximilians-Universität Würzburg), und Pascal Del’Haye (Max Planck Institute für die Physik des Lichts) beteiligt.
Der Atomkern reagiert – aber noch nicht stark genug
Lange hatte man nach Quantenzuständen im Thorium-Atomkern gesucht, die sich mit Lasern anregen lassen. Um sie nachzuweisen und technisch nutzen zu können, musste man die nötige Frequenz extrem präzise treffen – die Suche danach war lang, kompliziert und aufwändig, doch 2024 schließlich wurde dieses Ziel erreicht.
Das Problem dabei ist allerdings: Die Atomkerne wechselwirken nicht besonders stark mit Licht. Um wirklich deutliche Signale zu bekommen, muss man die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Atomkerne tatsächlich auf das Licht des Lasers reagieren.
Wie Flüstern auf der Galerie
Dabei will man nun einen Trick verwenden, den man aus einem ganz anderen Bereich der Physik kennt – den Flüster-Galerie-Effekt. Wenn man, beispielsweise unter einer Kirchenkuppel, auf einer kreisrunden Galerie steht, dann kann man andere Leute auf derselben Galerie bemerkenswert gut hören, selbst wenn sie nur leise flüstern. Das liegt daran, dass die Schallwellen an der Wand immer wieder reflektiert werden und so entlang der gekrümmten Wand der Galerie fast ungedämpft im Kreis wandern können.
Denselben Effekt kann man auch mit Lichtwellen erzielen. Ein Lichtpuls kann in einem runden Medium viele Runden absolvieren, bevor er abebbt und erlischt. Das bedeutet, dass er mit einem Atomkern, der entlang dieses Weges platziert ist, immer und immer wieder wechselwirken kann. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon vom Atomkern absorbiert wird, steigt dramatisch.
Solche Resonatoren mit Thorium-Atomkernen sollen nun im neugegründeten Konsortium ResonaTHOR gebaut, untersucht und analysiert werden – mit dem Ziel, auf diese Weise die Thoriumkern-Technik zu verfeinern und anwendungstauglich zu machen.
Kontakt:
Prof. Thorsten Schumm
Atominstitut
Technische Universität Wien
+43 1 58801 141896
thorsten.schumm@tuwien.ac.at