Physik Journal 2 / 2020

Längst haben Quantentechnologien unseren Alltag erobert: Computer, Smartphones, der Laser oder Methoden der medizinischen Diagnostik beruhen auf Erkenntnissen der Quantenmechanik. Auch die Informationswissenschaft hat unsere moderne Welt revolutioniert, indem sie die Basis für die Informationsverarbeitung und die Kommunikation im digitalen Zeitalter geliefert hat. Die nächste Revolution besteht darin, beide Gebiete zu vereinigen. Die Quanteninformationstheorie ist in der Lage, unsere physikalische Welt zu beschreiben. Mit Fragen der Quantenwissenschaften in all ihrer Breite beschäftigt sich der Exzellenzcluster „Munich Center for Quantum Science and Technology“ (MCQST), der im Zuge der Exzellenzstrategie seit Anfang 2019 gefördert wird. 

Der Cluster gliedert sich in sieben Forschungsbereiche: Quanteninformationstheorie, -simulation, -computing, -kommunikation, Quantenmetrologie und -sensorik, Quantenmaterie sowie explorative Themen. „Kein Standort deckt diese ganze Bandbreite in höchster Expertise so ab wie München“, ist Immanuel Bloch, Direktor am Max-Planck-Institut für Quantenoptik und einer der drei Sprecher des Clusters, überzeugt. Eines der Hauptziele des Clusters ist es, München noch sichtbarer zu machen und mit dem MCQST ein weltweit führendes Zentrum der Quantentechnologien aufzubauen, das wichtige wissenschaftliche wie auch technologische Fragen behandelt. (...)

Warum sind Sie Schriftsteller geworden?

Das werde ich häufig gefragt, aber eine richtig knackige Antwort habe ich bisher nicht gefunden. Im Grunde habe ich mich zwar schon immer für die Physik und speziell für die Astrophysik und die Sterne interessiert, aber eben auch für Kulturelles und für Literatur. Irgendwann ist bei mir die Idee aufgekommen, selber zu schreiben.

Womit haben Sie angefangen?

Während des Studiums gehörte ich zu einer Kabarett­gruppe, für die ich Texte geschrieben habe. Nach dem Diplom hatte ich die Idee für meinen ersten Roman, der zum Teil biografisch motiviert ist. Die Hauptperson ist ein Physiker, der sich mit seiner Vergangenheit auseinandersetzt. Wenn man sich mit einem solchen Projekt auf den Weg macht, weiß man natürlich nicht, ob das am Ende zu etwas führt.

Sie haben das Schreiben zunächst nebenher verfolgt?

Nach meinem Diplom 1987 habe ich ein Jahr ausgesetzt, um mich nur dem Romanprojekt zu widmen. Danach war es zwar noch nicht ganz fertig, aber ich habe in Berlin trotzdem angefangen zu promovieren. Das Buch habe ich nebenbei fertig geschrieben und an verschiedene Verlage geschickt. (...)

Die Fusion von Wasserstoff zu Helium findet in Sternen durch zwei Abfolgen nuklearer Fusionsprozesse statt: den pp-Ketten und dem CNO-Zyklus. Borexino ist weltweit das einzige Experiment, das alle relevanten Neutrinos aus den drei thermonuklearen pp-Ketten erfasst. Insgesamt ergeben die Fusionsprozesse immer die Summenreaktion 4p → ⁴He + ²e+ + 2ν_e, bei der eine Energie von etwa 26,7 MeV freigesetzt wird. Einen Großteil dieser Energie strahlt die Sonne über Photonen ab; etwa zwei Prozent nehmen Neutrinos mit, wobei die Sonne nur Elektronneutrinos emittiert. Im Standardmodell der Teilchenphysik kennen wir mit den Myonneutrinos ν_μ und den Tauneutrinos ντ zwei weitere Arten. Alle drei besitzen Antiteilchen ν^–_e, ν^–_μ und ν^–_τ.

Damit Protonen fusionieren, müssen sie eine abstoßende Coulomb-Schwelle überwinden. Daher finden die nuklearen Fusionsprozesse hauptsächlich in den dichten und heißen Zentren stellarer Objekte statt. Je schwerer die fusionierenden Atomkerne sind, desto höher ist die Coulomb-Schwelle. In massiven Sternen, bei denen die Temperaturen im Zentrum und damit die kinetischen Energien der Atomkerne höher sind als in unserer Sonne, dominiert daher der CNO-Zyklus. Dabei wirken die schweren und protonenreichen C-, N- und O-Kerne als Katalysatoren für die Fusion von Wasserstoff zu Helium. In leichten Sternen wie unserer Sonne sind dagegen die thermonuklearen Fusionsprozesse der pp-Ketten maßgeblich für die Freisetzung von Energie verantwortlich. Die wichtigste Reak­tion ist dabei die Fusion zweier Protonen zum Deuteron: p + p → ²H + e+ + νe. Sie tritt mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,8 % am häufigsten auf. Die Reaktionsrate bei niedrigen Energien ist sehr gering, weil das Deuteron aufgrund der schwachen Wechselwirkung entsteht. Darauf beruht die lange Lebensdauer der Sonne von ungefähr zehn Milliarden Jahren. Die sogenannten pp-Neutrinos aus dieser Reaktion besitzen ein kontinuierliches Energiespektrum bis zu 0,423 MeV.

Linguisten befassen sich schon lange mit dem Sprachwechsel, also der Diffusion einer Sprache in das Gebiet einer anderen [1]. Aber es waren schließlich Physiker und Mathematiker, die ihre Werkzeuge auf diesem Gebiet eingesetzt haben [2]. Noch vor wenigen Jahren beklagten Protagonisten um Dietrich Stauffer [3], dass  ein Gutachter der physikalischen Behandlung von Sprachproblemen Reduktionismus vorwarf. Man bewege sich „in einem Dickicht voll Unterholz“, so ein Linguist 2001 [4].

Diese Skepsis dürfte sich seither abgeschwächt haben. Mitunter gilt es sogar, die Euphorie der Linguisten zu bremsen, damit sie nicht zu viel von den zweifellos reduktionistischen Methoden der Physik erwarten [5]. Der Reduktionismus ist in den Naturwissenschaften aber sehr erfolgreich. Daher sollte es erlaubt sein, mathematisch-naturwissenschaftliche Verfahren und Denkmuster in anderen Disziplinen zu erproben.

Unser Ziel bestand darin, die Untersuchungen auf reale detaillierte Daten auszudehnen. Dazu haben wir nach möglichen Anwendungen gesucht. Sehr schnell stellte sich heraus, dass es für aktuelle linguistische Diffusionsprobleme wie Änderungen in der Jugendsprache, Eindiffusion von Englisch in unsere Alltagssprache – besonders interessant als die dominierende Sprache in unseren Labors oder auf Tagungen – an Daten über kürzere oder längere Zeiträume und noch dazu mit räumlicher Auflösung fast völlig mangelt. Wir hätten die Daten selbst erheben müssen, was leider unsere Möglichkeiten weit überstieg. (...)