Im Labor des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) hat ein Quanteneffekt erstmals direkt ein mit dem Auge sichtbares Objekt verschoben. Die Wissenschaftler brachten einen zentimetergroßen Diamanten, der über einem Magneten schwebt, dazu, sich unter der Wirkung einer Kraft auf und ab zu bewegen, die von den Spins der Elektronen in seinem Atomgitter erzeugt wird.
Das Experiment stützt sich auf Stickstoff-Fehlstellen-Zentren – Defekte im Diamantkristall, bei denen ein Kohlenstoffatom durch ein Stickstoffatom und eine Leerstelle ersetzt ist. Diese Zentren halten ungepaarte Elektronen fest, deren Spins sich mit einem grünen Laser polarisieren lassen. Bei gepulster Beleuchtung richten sich die Spins so aus, dass ihre winzigen magnetischen Momente eine schwache, aber messbare Kraft erzeugen.
Der Diamant hängt an einem Kohlenstoffstab, der mit einer Graphitplatte verbunden ist, welche dank des Diamagnetismus über Magneten schwebt. Wenn der Laser ausgeschaltet ist, ist die Bewegung minimal; beim Einschalten des Lasers verschiebt sich der Diamant um Dutzende Pikometer – eine Strecke, die ein Interferometer mit einer Genauigkeit bis auf ein Pikometer registriert.
Die Masse des Objekts ist um acht bis neun Größenordnungen größer als in früheren spin-mechanischen Experimenten. Dies ist der erste Fall, in dem eine rein quantenmechanische Spin-Kraft eine klassische mechanische Reaktion bei einem der Gravitation unterworfenen Gegenstand hervorgerufen hat.
Das Ergebnis eröffnet einen Weg zur Überprüfung der Quantennatur der Gravitation. Um eine makroskopische Superposition zu beobachten, muss man Objekte im Vakuum levitieren und ihre Masse allmählich erhöhen, bis die Gravitationseffekte merklich werden.
Schon jetzt erlaubt die Anlage die Schaffung hochpräziser Sensoren für die Suche nach Dunkler Materie und Gravitationswellen. Der nächste Schritt ist eine weitere Größenordnung in der Masse, und dann hoffen die Experimentatoren, sich der realen Verkörperung von „Schrödingers Katze“ zu nähern.
So haben winzige Quantenfluktuationen der Spins erstmals die Welt der sichtbaren Dinge berührt und eine Brücke zwischen der Quantenmechanik und der allgemeinen Relativitätstheorie angedeutet.
