Spieglein, Spieglein in Raum und Zeit

Seit mehr als hundert Jahren nutzen Physiker hermitesche Gleichungen – benannt nach Charles Hermite. Der französische Physiker hatte mit diesen Gleichungen eine bestimmte Eigenschaft definiert, die für alle stabilen Systeme mit messbarer Energie gelten. 1998 jedoch veröffentlichte der amerikanische Physiker Carl Bender eine Theorie, die diese Denkweise revolutionär veränderte. Bender behauptete, dass auch Systeme ohne diese hermitesche Eigenschaft bestimmte Energien aufweisen können, wenn sie eine zusätzliche Symmetrie haben, nämlich wenn sie in Raum und Zeit gespiegelt sind, also PT-symmetrisch sind (P: parity, T: time).

Seit einigen Jahren versuchen Wissenschaftler weltweit, diese PT-symmetrischen Systeme zu ergründen und auf alle Bereiche der Physik anzuwenden. Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena sind dem Verständnis der Bedeutung dieser Systeme ein großes Stück näher gekommen. Sie haben heraus­gefunden, dass auch in PT-symmetrischen Systemen topologische Ober­flächen­zustände existieren können.

Generell lassen sich bestimmte physikalische Eigenschaften eines Systems mit Hilfe topologischer Prinzipien auf völlig neue Art beeinflussen. Innerhalb der Optik beispiels­weise kann man so Licht absolut störungsfrei um Ecken und Kanten leiten. Ob diese Methode allerdings nicht nur für hermitesche, sondern auch für PT-symmetrische Systeme genutzt werden kann, war bisher umstritten.

Doch Szameits Kollege und Doktorand an der Universität Jena, Steffen Weimann, hat nun erstmals ein System entwickelt und auf experimentellem Wege umgesetzt, in welchem solch ein topologischer Ansatz auch für PT-symmetrische Systeme funktioniert. „Diese Systeme erweitern unser Verständnis grundlegender Theorien und eröffnen somit ganz neue Perspektiven für die Leitung von Licht“, sagt Steffen Weimann. Auf lange Sicht ließen sich durch diese neuen Erkenntnisse in der Grundlagen­forschung ganz neue Materialien entwickeln.

Da Alexander Szameit den Sprung von der Juniorprofessur an der Universität Jena auf den Lehrstuhl für Experimentelle Festkörper­optik an der Universität Rostock geschafft hat, wird er mit seinem Kollegen Steffen Weimann die gemeinsame Arbeit am neuen Standort fortsetzen.

FSU / DE