Ein quanteninformations-theoretischer Zugang zu Systemen in der Hochenergiephysik

Im Jahre 1964 beschäftigte sich John Stuart Bell mit Grundlagenfragen der Quantentheorie, die damals verpönt waren. Es ist überliefert, dass falls ihm ein Kollege mitteilte, er würde sich gerne intensiver mit Grundlagenfragen der Quantentheorie beschäftigen, er sofort die Gegenfrage stellte, ob dieser Forscher bereits eine permanente Position innehabe. Die Arbeit zum Bell Theorem war die Geburtsstunde für viele neue Forschungsrichtungen und die ersten Anwendungen befinden sich bereits auf dem Markt. Ein anderes Gebiet, die Teilchenphysik, hat gerade ein lang ersehntes Resultat bestätigt und viele Beschleunigeranlagen haben heute eine Genauigkeitsgrenze erreicht, mit der man die bekannte Physik sehr genau testen kann. Dieses Projekt möchte beide Gebiete verbinden. Es möchte fundamentale Fragestellungen der Quantenmechanik mit denjenigen der Hochenergiephysik verbinden. Erste Resultate haben bereits gezeigt, dass zum Beispiel Meson-Antimesonen Systeme neue Aspekte der Manifestation des Phänomens Verschränkung aufzeigen. Es ist klar, -- will man ein umfassendes Wissen über Quantenphänomene erreichen -- muss man auch solche Systeme, die nicht aus normaler Materie oder Licht bestehen, einbeziehen. Wir hoffen, dass wir mit diesem Projekt neue faszinierende Einblicke in Systeme bei hohen Energien erhalten und neue Experimente vorschlagen können. Page 1

Die Quantentheorie ist die wohl bestüberprüfteste Theorie in der Physik, wahrscheinlich weil niemand mit ihren Konsequenzen wirklich leben möchte, wie zum Beispiel, dass Schrödingers Katze "gleichzeitig" tot und lebendig sein kann. Wo gilt diese Quantentheorie und insbesondere wo ist die Grenze zwischen einer Quantenwelt und einer klassischen Welt? Überraschender Weise sind das keine leichten Fragenstellungen und dieses Projekt hat sich damit befasst, was man dazu aus Systemen bei hohen Energien herauskitzeln kann. Wie wir zeigen konnten sind die Vorhersagen für diese hochenergetischen Systeme sehr empfindlich, wenn man nur kleine Abänderungen von der Standardquantentheorie annimmt. Das haben wir ausgenutzt, um obere Schranken aber auch um viele mögliche Alternativtheorien auszuschließen. Z.B. kann ein Zeit-Operator konstruiert werden, der nicht im Widerspruch zu den üblichen Quantensystemen steht, aber wie wir zeigen konnten, sehr wohl zu hochenergetischen Systemen, die einen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie zeigen. Wir haben auch verschiedene Kollaps-Theorien untersucht, die einen Limes zwischen der Quantenwelt und der klassischen Welt herstellen, und gesehen, dass sie stark eingeschränkt gültig bei hochenergetischen Systemen sein können, aber noch interessanter einige Eigenschaften, wie den Zerfall oder die Massendifferenz, auf eine neue Art erklären könnten. Wir haben uns auch überlegt, wie die Gravitation Systeme wie K-Mesonen beeinflussen können und dabei, speziell für dieses System gültig, es gar nicht klar ist, welche Masse man mit der Gravitation koppeln sollte und insbesondere, dass es zu ganz anderen Vorhersagen führt. Zusammen mit Kollegen entwickeln wir gerade eine neue Technologie, die es uns erlauben wird, Quanteninformation aus lebenden Menschen zu extrahieren, vielleicht kann in Zukunft sogar Krebs über Quanteneffekte detektiert werden. Insgesamt, haben uns die Methoden aus der Quanteninformationstheorie erlaubt in vielen hochenergetischen Systemen wie auch den Neutrinos, neue Eigenschaften zu analysieren und in manchen Fällen konnten wir sogar Vorschläge generieren, um diese experimentell zu überprüfen.