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Schottky-Preis für Dresdner Quantenphysiker

Schottky-Preis für Dresdner Quantenphysiker

Die "Deutsche Physikalische Gesellschaft" zeichnet den Dresdner Forscher Dr. Frank Pollmann mit dem renommierten "Walter-Schottky-Preis 2015" für dessen Untersuchungen von "topologischen Quantenzuständen" aus.

Denn der 36-jährige Wissenschaftler vom "Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme" in Dresden hat ein mathematisches Modell entwickelt, um bisher wenig erforschte Phasenübergänge in der Quantenwelt zu erklären. Diese Ansätze könnten in Zukunft den Weg zu Supercomputern ebnen, die Geheimcodes binnen Sekunden knacken. Pollmann zeigte sich erfreut über den nach dem deutschen Elektronik-Pionier Walter Schottky (1886-1976) benannten Preis.

Zum Hintergrund muss man sich an den Physik-Unterricht erinnern: Wenn zum Beispiel Wasser gefriert oder Eisen schmilzt, ist dies eine Phasenänderung. Der sowjetische Physiker Lew Landau entwickelte 1937 eine Theorie, die diese und andere Phasenübergänge scheinbar erklärbar machte. Demnach schließen sich in Stoffen, die ihre Phase ändern, die Atome entweder schön ordentlich zusammen oder versinken umgekehrt im Chaos. Dabei kommt es zu "Symmetriebrüchen": Würde man einen Beobachter in ein U-Boot stecken, millionenfach verkleinern und dann ins Wasser werfen, könnte dieser Forscher seinen Weg wieder heraus nicht finden, indem er sich an den Wassermolekülen ringsum orientiert, denn die wirbeln wild umher. Egal, wie oft man das U-Boot auch dreht: In diesem symmetrischen System findet man keine Wegweiser. Gefriert das Wasser aber, schließen sich die Teilchen zu Kristallgittern zusammen, nehmen eine Ordnung ein, in der es nicht mehr egal ist, wohin der Beobachter guckt - es hat ein Symmetriebruch und damit ein Phasenübergang stattgefunden.

1980 entdeckte aber der Physiker Klaus von Klitzing in Elektronengas den "Quanten-Hall-Effekt" - einen exotischen Phasenübergang unter starken Magnetfeldern und tiefen Temperaturen, der ohne Symmetriebruch vonstatten ging und von Landaus Theorie nicht mehr erklärt werden konnte. Diese Wandlungen werden seitdem als "topologische Phasenübergänge" bezeichnet.

Pollmann ist es nun gelungen, eine neue Klasse "symmetriegeschützter topologischer Phasenübergänge" mathematisch zu beschreiben. Dadurch können die Physiker nun gezielter nach besonders stabilen Zuständen suchen, die auch jenseits einzelner Teilchen im Labor Bestand haben. Dies könnte vielleicht auch die Konstruktion robuster Quantencomputer ermöglichen.

Aus den Dresdner Neuesten Nachrichten vom 10.12.2014

Heiko Weckbrodt

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