Physik-Nobelpreis geht an drei Quantenforscher – Tunneln gibt es nicht nur beim Fußball

Der Nobelpreis für Physik geht in diesem Jahr an die in den USA forschenden Quantenphysiker John Clarke, Michel Devoret und John Martinis.

Das teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit. Die Experimente der Preisträger zeigten Quantenphysik in Aktion.

Eine zentrale Frage der Physik sei die maximale Größe eines Systems, das quantenmechanische Effekte demonstrieren kann, hieß es zur Begründung. Die Preisträger führten demnach Experimente mit einem elektrischen Schaltkreis durch.

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Damit demonstrierten sie sowohl quantenmechanisches Tunneln als auch quantisierte Energieniveaus in einem System, das groß genug war, um in der Hand gehalten zu werden.

Preisgeld von rund 1 Million Euro

Die bedeutendste Auszeichnung für Physiker ist in diesem Jahr mit insgesamt 11 Millionen Kronen (rund 1 Million Euro) dotiert. Seit der ersten Preisvergabe im Jahr 1901 sind bislang 226 unterschiedliche Physik-Nobelpreisträger gekürt worden, darunter fünf Frauen. Ein Wissenschaftler, der US-Amerikaner John Bardeen, erhielt ihn zweimal.

Am Montag waren die Nobelpreisträger für Medizin verkündet worden. Die Auszeichnung geht in diesem Jahr an die Immunforscher Shimon Sakaguchi (Japan), Mary Brunkow und Fred Ramsdell (beide USA).

Ihre Erkenntnisse lieferten dem Nobelkomitee zufolge die Basis für die Entwicklung möglicher neuer Behandlungsmethoden etwa gegen Krebs und Autoimmunkrankheiten.

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Komplexe Materie, die ein Deutscher begründete

Die ersten Grundlagen der Quantenmechanik wurden 1925 von dem Deutsche Werner Heisenberg publiziert – dafür wurde er zusammen mit zwei weiteren Forschern mit dem Physik-Nobelpreis für 1932 ausgezeichnet.

„Heute gibt es keine fortschrittliche Technologie, die nicht auf Quantenmechanik und Quantenphysik beruht, zum Beispiel Mobiltelefone, Computer, Kameras und die Glasfaserkabel, die unsere Welt verbinden“, sagte der Vorsitzende des zuständigen Nobelkomitees, Olle Eriksson. Die Quantenmechanik sei „die Grundlage aller digitalen Technologien“. Transistoren in Computer-Mikrochips seien ein Beispiel für eine Quantentechnologie, die uns umgibt.

Tunneln gibt es auch in der Quantenmechanik. Allen Fußballfans zum Dank versuchte das Nobelkomitee, die Entdeckung von Clarke, Devoret und Martinis mit Hilfe eines Balles zu erklären: Normalerweise pralle dieser jedes Mal zurück, wenn man ihn gegen eine Wand werfe, erläuterte ein Mitglied des Komitees, Göran Johansson. Ein einzelnes Teilchen dagegen könne in seiner mikroskopischen Welt manchmal direkt durch eine solche Barriere hindurchgehen und auf der anderen Seite erscheinen, sagte er – also ein bisschen so, als würde ein Ball durch ein Loch im Tornetz fliegen.

Und hier kommt das Tunneln, englisch tunnelling, ins Spiel: Die Experimente der Preisträger hätten gezeigt, dass ein solches Quantentunneln auch auf makroskopischer Ebene mit vielen Teilchen beobachtet werden könne, hieß es von den Nobeljuroren. Dazu schufen Clarke, Devoret und Martinis einen Stromkreis mit zwei Komponenten, die Strom ohne elektrischen Widerstand leiten können. Damit hätten sie gezeigt, dass die bizarren Eigenschaften der Quantenwelt in einem handlichen System greifbar gemacht werden können.

Maschinelles Lernen mit neuronalen Netzen

Im vergangenen Jahr erhielten der US-Amerikaner John Hopfield und der kanadische Forscher Geoffrey Hinton den Nobelpreis für Physik. Sie hatten grundlegende Entdeckungen und Erfindungen gemacht, die maschinelles Lernen mit künstlichen neuronalen Netzen ermöglichen.

Am Mittwoch wird verkündet, wer den diesjährigen Chemie-Nobelpreis erhält. Am Donnerstag und Freitag folgen die Bekanntgaben für den Literatur- und den Friedens-Nobelpreis. Der Reigen endet am kommenden Montag mit dem von der schwedischen Reichsbank gestifteten Wirtschafts-Nobelpreis.

Die feierliche Überreichung der Auszeichnungen findet traditionsgemäß am 10. Dezember statt, dem Todestag des Preisstifters Alfred Nobel. Bereits am 1. Oktober waren in Stockholm die diesjährigen Träger des Right Livelihood Awards bekanntgegeben worden, der gemeinhin als Alternativer Nobelpreis bezeichnet wird. (dpa/red)