Das von Albert Einstein als «spukhafte Fernwirkung» bezeichnete Verhalten von Teilchen gibt Forschenden seit langem Rätsel auf. (Bild: keystone)

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‹Big Bell Test›: Bevölkerung soll spukhafte Fernwirkung überprüfen

Mit dem ‹Big Bell Test› wollen elf Institute rund um den Globus - darunter die ETH Zürich - im bisher grössten Quantenphysik-Experiment gemeinsam mit der Bevölkerung das Phänomen der Verschränkung überprüfen. Das von Albert Einstein als «spukhafte Fernwirkung» bezeichnete Verhalten von Teilchen gibt Forschenden seit langem Rätsel auf.

Die quantenmechanische Verschränkung ist eine Konsequenz der Quantenmechanik. Zwei verschränkte Teilchen, etwa Lichtteilchen (Photonen), bleiben miteinander verbunden, auch wenn sie sich über beliebige Distanzen von einander entfernen. Manipuliert man an einem dieser Teilchen, indem man beispielsweise die Richtung der Lichtschwingung (Polarisation) misst, schwingt augenblicklich auch das andere Teilchen in diese Richtung.

Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden die gleiche, zufällige Seite nach oben zeigen. Da sich nichts schneller als das Licht ausbreiten kann, widerspricht diese «spukhafte Fernwirkung», wie Albert Einstein das Phänomen nannte, der Speziellen Relativitätstheorie.

Schlupflöcher als mögliche Erklärung

Die mit dem gesunden Menschenverstand nicht nachvollziehbaren Effekte der Verschränkung wurden in unzähligen Experimenten nachgewiesen. Doch mit einiger Fantasie und Anstrengung bleiben Schlupflöcher und die Ergebnisse liessen sich auch mit der klassischen Physik, also nicht quantenphysikalisch, erklären.

Es könnten etwa die Informationen über die Messung an einem Teilchen über klassische Kommunikation zum anderen Teilchen gelangen. Ein anderes Schlupfloch betrifft die in den Verschränkungs-Versuchen verwendeten Zufallszahlen-Generatoren.

«Bei den Experimenten ist es u.a. wichtig, zufällig und unvorhersehbar zwischen zwei verschiedenen Messanordnungen hin- und herzuschalten – und dafür verwendet man solche Generatoren», sagte Thomas Scheidl vom Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien, zur Nachrichtenagentur APA.

Theoretisch könnte es auch sein, «dass die Welt etwas ganz Verschworenes ist», wie der Quantenphysiker Anton Zeilinger einmal zur APA sagte, und diese Zufallszahlen-Generatoren, von denen die Wahl der Einstellung zur Messung der verschränkten Teilchen abhängt, fremdgesteuert werden und die Auswahl der Messung nicht völlig frei und unabhängig war. Doch den Physikern gelang es, diese Schlupflöcher weitestgehend zu schliessen und zu zeigen, dass es keine anschauliche Erklärung für die Verschränkung gibt.

Probe auf verborgene Eigenschaften

Der nordirische Physiker John Bell (1928-1990) hat 1964 ein bahnbrechendes Theorem (‹Bell’sche Ungleichung›) publiziert, das es ermöglicht, durch Experimente festzustellen, ob es tatsächlich solche verborgenen Eigenschaften und Informationen gibt. Und Bell hatte als ultimatives Experiment vorgeschlagen, dass Menschen aus ihrem freien Willen heraus die Messbasis wählen sollten, so Scheidl.

Und genau das ist das Ziel des ‹Big Bell Tests›: Am 30. November sollen mindestens 30’000 Personen – so viele sind für das Gelingen des Versuchs notwendig – über Computer, Tablet oder Smartphone per Internet eine beliebige Abfolge der Zahlen 0 und 1 eingeben. Diese zufälligen Zahlenabfolgen werden an die teilnehmenden Institute geschickt. Dort werden diese Zahlenabfolgen in Signale übersetzt, die das Kommando geben, welche Messanordnung verwendet wird.

Ultimativer Test noch nicht möglich

Ganz ultimativ ist allerdings auch dieser Test noch nicht. Das wäre im Sinne Bells erst dann der Fall, «wenn die Messbasis erst dann gewählt wird, wenn die verschränkten Teilchen bereits erzeugt sind und auf dem Weg zur Messung sind», so Scheidl. Bei den realisierbaren Distanzen auf der Erde sei das aufgrund der Geschwindigkeit der Teilchen aber nicht möglich. Dazu müsste man sie etwa zum Mond schicken und in dieser Sekunde Laufzeit die Messbasis durch den freien Willen eines Menschen wählen lassen.

Wer sein Talent zur ‹Zufälligkeit› bereits jetzt testen möchte, kann das auf der Homepage ‹The Big Bell Test› tun und mit dem eigens konzipierten Computerspiel ‹Big Bell Quest› für das Experiment am 30. November trainieren.

Der ‹Big Bell Test› wird vom spanischen ICFO – The Institute of Photonic Sciences in Barcelona koordiniert. Neben der ETH Zürich und dem IQOQI beteiligen sich die Uni München und Institute in Australien, Chile, China, Frankreich und Spanien an dem Experiment.

(sda apa)

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In aller Kürze:

‹Big Bell Test›: Elf Institute weltweit - darunter die ETH Zürich - überprüfen im bisher grössten Quantenphysik-Experiment gemeinsam mit der Bevölkerung das Phänomen der Verschränkung.

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