Drei Fragen an Prof. Dr. Daniel Braun
Diesmal stellen wir Prof. Dr. Daniel Braun, Professor am Institut für Theoretische Physik der Eberhard-Karls-Universität in Tübingen, drei Fragen. Seine Forschungsinteressen liegen in den Bereichen Quantenmetrologie, Quanteninformationstheorie, Quantenoptik, Quantenthermodynamik, mesoskopische Festkörperphysik, Quantenchaos, Nanomagnetismus und Spintronik.
Was ist der Schwerpunkt Ihrer Forschung auf dem Gebiet der Photonik und was hat Sie ursprünglich zu diesem Forschungsgebiet hingezogen?
Der Großteil meiner Forschung befasst sich mit Quantenmesstechniken, wobei der Schwerpunkt auf Quantenoptik, Quantenbildgebung, optomechanischen Systemen und kleinen Gravitationseffekten liegt. Zu diesem Forschungsgebiet kam ich durch meine Arbeit über dissipatives Quantenchaos mit dem verstorbenen Fritz Haake, einem der Pioniere der Superradianz. Wir brauchten einen einfachen Dissipations- und Dekohärenzmechanismus, den wir mit dem gekickten Top kombinieren konnten, und so war Superradianz ein naheliegender Kandidat. Und obwohl dieses Phänomen Ende der 1990er Jahre bereits seit Jahrzehnten erforscht worden war, stellten wir fest, dass dasselbe Cavity-QED-System auch einen riesigen dekoherenzfreien Unterraum bot, wie er später genannt wurde. Das brachte meinen Fokus auf das sich schnell entwickelnde Gebiet der Quanteninformation. Auf diesem Gebiet fanden wir heraus , wie man Quantenberechnungen in einem dekohärenzfreien Unterraum durchführen kann. Später in der Quantenmetrologie, erkannten wir, dass der dekohärenzfreie Unterraum bei Störungen zu sehr empfindlichen Messungen führen kann.
Was sind einige der überraschendsten oder unerwartetsten Anwendungen der Photonik, denen Sie in Ihrer Forschung oder Ihrem Studium begegnet sind?
Ich bin immer wieder beeindruckt, wie empfindlich man verschiedene Dinge mit Licht messen kann, insbesondere mit optomechanischen Systemen. LIGO war schon unglaublich, als es ihnen zum ersten Mal gelang, Gravitationswellen zu beobachten, aber inzwischen haben sie ihre Empfindlichkeit um etwa zwei Größenordnungen gesteigert. Ein weiteres erstaunliches Beispiel ist die Messung extrem kleiner Magnetfelder in Alkali-Dampf-Magnetometern: Zunächst wird mit zirkular polarisiertem Licht ein Gas aus verdampftem Metall spinpolarisiert. Die Spins präzedieren ein wenig in dem winzigen Magnetfeld, und dann wird erneut Licht verwendet, um diese Präzession auszulesen und daraus das Magnetfeld abzuleiten. Dies hat zu einigen der empfindlichsten Magnetometern geführt. Ein letztes Beispiel: Die Verwendung der geringen Menge an Licht, die von Makromolekülen gestreut wird, um deren Masse zu messen. Die Empfindlichkeitsgrenzen dieser „Photometrie” werden auf immer kleinere Moleküle ausgeweitet, und die Technik könnte irgendwann die Standard-Massenspektrometrie ersetzen.
Was begeistert Sie am meisten an der Zukunft der Photonik, und wohin wird Sie Ihre Forschung in den kommenden Jahren führen?
Die Photonik ist ein sehr weitläufiges Gebiet, das viele physikalische Aspekte umfasst und sich mit anderen Bereichen überschneidet. Ich werde mich weiterhin mit ihrer metrologischen Anwendung befassen, insbesondere mit der Messung kleiner Gravitationseffekte. Wir sind sehr gespannt auf die Möglichkeit, die Anziehungskraft des Protonenstrahls des LHC am CERN mit optomechanischen Sensoren zu messen. Dies würde es ermöglichen, die allgemeine Relativitätstheorie in einem völlig neuen Parameterbereich zu testen, in dem die Quelle der Schwerkraft im Wesentlichen fast reine kinetische Energie und nicht Masse ist – und das in einem kontrollierten Laborexperiment! In weiterer Zukunft könnte es sogar möglich werden, die Anziehungskraft des Lichts selbst zu messen, aber dafür sind noch Jahre der Entwicklung ausreichend leistungsfähiger Quellen erforderlich.
