Ein Metallkörnchen aus 10.000 Atomen wurde an zwei Orten gleichzeitig gehalten

Physiker haben ein Metallteilchen aus bis zu 10.000 Atomen in einen Zustand versetzt, in dem es gleichzeitig zwei leicht voneinander getrennte Positionen einnahm. Der Cluster ist kaum sichtbar — rund acht Nanometer groß — aber weit größer und weit schwerer als alles, was zuvor in einer überprüften Quantensuperposition gehalten wurde. Zum ersten Mal lässt sich die aus den Lehrbüchern bekannte Quantenseltsamkeit, sonst einzelnen Atomen und kleinen Molekülen vorbehalten, an einem realen Stück festen Metalls zeigen.

Eine Quantensuperposition ist der Zustand, in dem sich ein Teilchen, solange es von seiner Umgebung isoliert bleibt, so verhält, als wäre es an mehr als einem Ort zugleich. Das berühmte Gedankenexperiment von Schrödingers Katze ist das populäre Bild, aber die Laborfassung ist nüchterner und aussagekräftiger: Man schickt das Teilchen durch eine präzise Hindernisanordnung und sieht, wo es auftrifft. Interferiert es mit sich selbst, war es unterwegs an zwei Orten. Tut es das nicht, hat es sich wie ein klassisches Objekt verhalten.

Die hier verwendeten Natriumcluster wiegen mehr als 170.000 atomare Masseneinheiten. Das hebt das Teilchen rund eine Größenordnung über das bisher schwerste Objekt hinaus, das in einen solchen Zustand gebracht wurde. Die Ausdehnung der Superposition war Dutzende Male größer als die Teilchen selbst, ein Regime, das Physikerinnen und Physiker mit einer Kennzahl namens Makroskopizität beschreiben, bei der das neue Ergebnis μ = 15,5 erreicht.

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Durchgeführt wurde das Experiment von Gruppen an der Universität Wien und der Universität Duisburg-Essen, mit dem Doktoranden Sebastian Pedalino als Erstautor und Markus Arndt, Stefan Gerlich und Klaus Hornberger als verantwortlichen Forschern. Die Methode heißt Nahfeld-Materiewellen-Interferometrie. Drei Beugungsgitter aus ultraviolettem Laserlicht wirken als Hindernisse. Die Cluster durchqueren sie nacheinander, und die Art, wie sie sich auf dem Detektor anlagern, sagt dem Team, ob jedes als Welle durch den Aufbau lief — also an zwei Orten zugleich — oder wie ein gewöhnliches Teilchen.

Der Zweck des Experiments ist nicht, eine neue Technologie zu ermöglichen. Der Zweck ist, die Grenze weiter zu verschieben, an der die Quantenmechanik überprüft ist und an der sie scheitern könnte. Bislang haben sich alle Vorhersagen der Theorie bewährt, doch die Theorie sagt nichts darüber, warum klassische Alltagsobjekte nie an zwei Orten zugleich zu sein scheinen. Wer das Regime auf schwerere und komplexere Objekte ausdehnt, schärft diese Frage; ein eventuelles Versagen der Interferenz bei einer bestimmten Massenschwelle wäre unmittelbarer Hinweis auf neue Physik.

Das Ergebnis hat Grenzen. Das Interferenzsignal entsteht nur bei tiefkalten Temperaturen und nur etwa für eine hundertstel Sekunde freien Flugs durch die Apparatur, bevor Restgas, Strahlung und thermische Bewegung die Kohärenz zerstören. Die Clustergrößen bleiben nach Alltagsmaßstäben mikroskopisch. Und das Experiment beruht auf Annahmen über die Laserlichtgitter und die Clusterquelle, die das Team gegen alternative Erklärungen verteidigen musste — Teil dessen, was die Begutachtung geprüft hat.

Verglichen mit dem Stand des Feldes vor rund zwei Jahrzehnten, als Interferenz erstmals am 60-Atom-Kohlenstoffmolekül Buckyball gezeigt wurde, ist das aktuelle Resultat eindrucksvoll. Der Massensprung beträgt rund zwei Größenordnungen, und die Makroskopizität liegt in vergleichbarer Distanz darüber. Jeder Schritt in Richtung Objekte von Größe und Komplexität eines Virus oder einer lebenden Zelle ist auch ein Schritt zu dem Punkt, an dem die Anschauung kein guter Wegweiser mehr ist.

Die Arbeit ist im Mai 2026 in Nature erschienen. Die Wiener und Duisburg-Essener Teams haben angekündigt, dass die nächste Phase auf noch größere Teilchen und andere Materialzusammensetzungen zielt — die natürliche Aufwärtsstufe in dieser Experimentlinie — und prüfen wird, ob die Materiewellen-Technik als Präzisionssensor für Kräfte und Eigenschaften auf der Nanoskala dienen kann.

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