Physik-Nobelpreis Unter Fallenstellern

Wie ich mit dem Physik-Nobelpreisträger David Wineland Atome fesselte und Mountainbike fuhr.

© Dana Romanoff/Getty Images

David J. Wineland wird am 10. Dezember 2012 den Physik-Nobelpreis erhalten.

Wenn man Schüler eines Nobelpreisträgers ist, so heißt es, hat man selber bessere Chancen auf den Nobelpreis. Seit Dienstag bin ich Schüler eines Physik-Nobelpreisträgers, mein ehemaliger Chef David Wineland bekommt ihn in diesem Jahr. Zu spät für mich – ich bin jetzt Redakteur.

Am ersten Tag in Winelands Forschungsgruppe hatte ich Heimweh. Das war 1993, ich war Physikstudent und kam für zwei Semester in die USA. Ein deutscher Professor hatte mir Winelands Gruppe in Boulder empfohlen. »Die sind nett«, hatte er gesagt und dass in Boulder an 300 Tagen im Jahr die Sonne scheine. Leider musste ich feststellen, dass man als Quantenphysiker vor allem im Dunkeln sitzt, weil die empfindlichen Lichtsensoren in den Experimenten nicht geblendet werden dürfen. Damals wünschte ich mir, ich wäre zu den Klimaforschern gegangen. Dann lernte ich von Wineland, wie man Atome einfängt – und alles wurde gut. Heute ahne ich, warum der Nobelpreis häufiger nach Amerika als nach Deutschland geht.

David Wineland leitet eine 20-köpfige Forschungsgruppe am National Institute of Standards and Technology (NIST). Das NIST in Boulder ist ein vierstöckiger Betonriegel. Am Eingang muss man an einem strengen Wachmann vorbei, denn am Ende des Erdgeschosses steht Amerikas genaueste Atomuhr. Sie geht in 100 Millionen Jahren höchstens eine Sekunde falsch. Diese Genauigkeit braucht man, um andere Atomuhren zu eichen, die wiederum der GPS-Navigation dienen.

Das NIST ist so etwas wie die Physikalisch-Technische Bundesanstalt Amerikas, es misst und verbreitet die Atomzeit und kümmert sich um Maßeinheiten wie Kilogramm, Meter und Sekunde. Und zwischendurch dürfen die Forscher spielen: Grundlagenforschung betreiben. Wineland kann besonders gut geladene Atome (Ionen) in Fallen einfangen und mit ihnen verblüffende Experimente anstellen.

Damals war auch der Österreicher Peter Zoller in Boulder, ein glänzender Theoretiker. Er hatte eine gute Idee – und hat gewiss auch auf eine Auszeichnung durch das Nobelkomitee gehofft. Zoller schlug vor, aus den Ionen in einer Ionenfalle einen Quantencomputer zu bauen: jedes Ion eine Informationseinheit, ein Quantenbit, und viele Ionen ein Quantenbyte, alles gesteuert mit Laserstrahlen. Das Besondere an so einem Computer wäre, dass er viele Rechenoperationen gleichzeitig ausführen könnte. Denn in der Quantenwelt können einzelne Bits quasi zugleich den Wert 0 und 1 anzeigen, sie führen eine merkwürdige Zwitterexistenz, die schon Erwin Schrödinger zur Verzweiflung trieb, als er sich 1935 ein Gedankenexperiment mit einer zugleich toten wie lebendigen Katze ausdachte.

Zoller und sein Mitarbeiter Ignacio Cirac konnten zeigen, dass ein Quantencomputer theoretisch mathematische Probleme in viel kürzerer Zeit lösen könnte als ein normaler Computer. Zu diesen Problemen gehört das Zerlegen einer Primzahl in ihre Faktoren – eine Aufgabe, die zum Beispiel beim Ver- und Entschlüsseln geheimer Botschaften eine wichtige Rolle spielt. Bald nachdem Zoller und Cirac ihre Arbeit veröffentlicht hatten, konnte David Wineland ein paar neue Leute einstellen, das Militär hatte Geld spendiert. Wenn irgendjemand auf der Welt einen Quantencomputer bauen und geheime Botschaften entschlüsseln würde, dann sollte es Amerika sein.

Wineland saß oft still im Labor und kaute auf einem Styroporbecher

Die Physiker in Winelands Labor waren hoch motiviert. Nicht dass sie glaubten, das Pentagon würde sich eines Tages eine Ionenfalle in den Keller stellen. Sie waren von der Physik fasziniert, denn die Arbeit mit einzelnen Atomen ist Quantenphysik pur. Hier werden die Gedankenexperimente von Albert Einstein und Niels Bohr in die Praxis umgesetzt. Und das ist nicht so dreckig wie Festkörperphysik, nicht so chaotisch wie Atmosphärenphysik, nicht so nass wie Chemie. In den Mittagspausen fuhr das Team Rennrad mit Wineland, sonntags mit dem Mountainbike in die Rocky Mountains, und zu den Grillfesten kamen die Familien mit. Wenn ich dann beim Volleyball danebenschlug, riefen meine Kollegen: »Nice try«, netter Versuch. Typisch Amerika, dachte ich, immer positiv denken.