Physiker des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California haben die schwächste jemals gemessene Kraft registriert – nur 42 Yoktonewton. Das entspricht einer Einwirkung, die milliardenfach schwächer ist als das Gewicht eines Staubkorns. Das Experiment brachte die Wissenschaftler näher an eine fundamentale Genauigkeitsbarriere, die als Standard-Quantengrenze bekannt ist.
Grundlage der Messung war ein mechanischer Oszillator aus 1200 Rubidiumatomen, die fast bis zum absoluten Nullpunkt abgekühlt wurden. Die Atomwolke wurde in einer optischen Falle aus Laserstrahlen gehalten. Die äußere Kraft wurde durch Modulation eines der Laser ausgeübt, und die Antwort wurde mit einer Sonde registriert. Diese Konstruktion ermöglichte es, das System vom äußeren Rauschen zu isolieren und den Rückwirkungseinfluss der Messung auf den Oszillator selbst auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Standard-Quantengrenze ergibt sich aus der Heisenbergschen Unschärferelation: Die Messung selbst stört das Objekt unweigerlich. In gewöhnlichen Geräten erzeugt dies ein „Rückwirkungsrauschen“, das schwache Signale verdeckt. Das kalifornische Team überwand einen Teil dieser Barriere, indem es nur 1200 Atome und eine Laserisolierung verwendete, was eine viermal höhere Empfindlichkeit als frühere Rekorde ergab.
Die Errungenschaft eröffnet den Weg zu einer genaueren Detektion von Gravitationswellen – jener „Wellen“ der Raumzeit, die Einstein vorhergesagt hat. Moderne Interferometer können die schwächsten Signale aus dem frühen Universum noch nicht zuverlässig registrieren. Die neue Empfindlichkeit kann dies ändern.
Die Autoren bemerken, dass eine weitere Verbesserung des optischen Detektors es ermöglichen wird, sich der theoretischen Grenze noch weiter zu nähern. Theoretiker hatten die Möglichkeit einer solchen Messung bereits im Jahr 1980 vorhergesagt, doch das reale Experiment erforderte dreißig zusätzliche Jahre.
Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Science veröffentlicht und zeigt, dass die Quantengrenzen nicht absolut sind – man kann sie mit eleganten ingenieurtechnischen Lösungen umgehen.
