Kreisel finden sich nicht nur in Kinderzimmern, auch als Bewegungssensoren in Fahrzeugen oder als Stabilisatoren in Schiffen werden deren Drehbewegungen eingesetzt. Die meisten Anwendungen beruhen auf der verblüffenden Art, wie sich starre Objekte drehen und auf externe Kräfte und Drehmomente reagieren: Da wäre die Gyroskop-Stabilisierung, die eine rollende Münze aufrecht hält oder den Tennisschlägereffekt, der das ausufernde Torkeln eines solchen hochgeschleuderten Sportgeräts beschreibt.
In aktuellen Arbeiten haben nun Forschende um Dr. Benjamin Stickler ein Experiment vorgeschlagen, um die Bewegung nanometergroßer Kreisel so weit zu dämpfen, dass sie den Gesetzen der Quantenphysik folgt: „Hiervon erwarten wir uns weitere überraschende Phänomene, die so nur in diesem Zustand vorkommen können“, so der Physiker.
Pinzette aus Licht
Im vorgeschlagenen Experiment wird der Kreisel, ein nur nanometergroßes Siliziumteilchen, in einer optischen Pinzette in der Schwebe gehalten. In dieser aus Laserlicht geformten Falle, deren Erfindung 2018 mit dem Physik-Nobelpreis geehrt wurde, kann ein Teilchen noch eingeschränkt hin- und herschwingen und sich drehen.
Um Quanteneffekte zu beobachten und zu nutzen, muss diese verbliebene Bewegung allerdings gedämpft werden: Das ist möglich, indem das Teilchen zwischen zwei Spiegeln platziert wird, die das von ihm gestreute Laserlicht reflektieren und wieder auf das Teilchen zurückwerfen. Das Team konnte nun zeigen, dass es möglich ist, sowohl die Schwingungs- als auch die Drehbewegung des Teilchens bis in den gewünschten Zustand zu dämpfen, wenn das Laserfeld der optischen Pinzette in Form einer Ellipse schwingt.
Dies stellt nicht nur einen bedeutenden Schritt zur grundlegenden Erforschung und Anwendung von Quanten-Kreiseln dar: Die Methode ermöglicht es künftig auch, Effekte zu beobachten, die die Genauigkeit heutiger Drehmoment-Sensoren deutlich erhöhen können.
