Mega-Dalton Nanoteilchen für Interferenzexperimente

Die Quantenphysik ist derzeit die am besten überprüfte Theorie der Natur. Dennoch wirft ihr Übergang in die alltägliche Erfahrungswelt weiterhin grundlegende Fragen auf. Die deterministische Bewegung massiver Objekte wird am besten durch Quantenwellen beschrieben, die Zustände annehmen können, die auf makroskopischer Ebene einander ausschließen. Unsere klassische Wahrnehmung wohldefinierter Teilchen entsteht erst durch die Messung. Dieses Verhalten wurde bereits für Elektronen, Neutronen, Atome, kleine und große Moleküle sowie für massive Cluster nachgewiesen. Offen bleibt jedoch, wie groß oder komplex ein Objekt sein kann, bevor Dekohärenz, Kollaps oder andere Effekte seine quantenhaften Eigenschaften unmessbar machen. Die Quanteninterferenz massiver Cluster hat in unserem Labor an der Universität Wien große Fortschritte gemacht. Auf dieser Expertise aufbauend zielt das Projekt MegaNICE darauf ab, den nächsten Schritt in der Materiewellen-Interferometrie zu gehen durch die Erforschung langsamer und kalter Nanopartikel im Massenbereich von 1 bis 50 MDa sowie durch neue Nachweisverfahren. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, solche neutralen Nanopartikel mit der für Quantenexperimente nötigen Geschwindigkeit, Brillanz und Stabilität zu erzeugen und zu detektieren. MegaNICE wird diese Lücke schließen und die Grundlage für eine neue Generation von Hochmassen- Quantenexperimenten schaffen. Im Projekt werden neuartige Teilchenquellen und Detektoren entwickelt, die den Zugang zu neuen Materialien und Partikeltypen eröffnen. Diese Universalität ist entscheidend für künftige Experimente, die Tests der Quantenmakroskopizität auf bisher unerreichte Massen ausdehnen sollen. Hochenergetische Pikosekunden-Laserpulse im quasi-kontinuierlichen Betrieb (500 kHz) werden als kompakte und kontrollierbare Alternative zu Magnetron-Sputterquellen erforscht. Die dadurch lokal entstehenden hohen Dampfdrucke sollen die Bildung großer, stabiler Cluster mit besserer Größenkontrolle ermöglichen. Eine kryogene Umgebung wird es erlauben, aerodynamische Linsen bei tiefen Temperaturen zu demonstrieren, um Teilchengeschwindigkeiten bis hinunter zu 20 m/s oder darunter zu erreichen. Verschiedene Massenselektionsverfahren werden in einem bisher kaum untersuchten Parameterbereich verglichen. Diese Fortschritte sollen Quanteninterferenzexperimente in bisher unerreichten Massenbereichen ermöglichen und zusätzlich die Messung von UV- und Stoßquerschnitten massenselektierter, isolierter und neutraler Nanopartikel erlauben, die bislang nicht zugänglich waren. Das Projekt wird an der Universität Wien unter der Leitung von Dr. Stefan Gerlich und Prof. Markus Arndt durchgeführt. .