Licht und Materie

Viele dieser spannenden Dinge  sind uns aus dem Alltag vertraut, andere völlig unbekannt und für den Menschen unsichtbar. Und einige dieser Phänomene in der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie können nur durch die Gesetze der Quantenphysik erklärt werden. 

Die neue Sonderausstellung Licht und Materie präsentiert die Grundlagen der Quantenoptik und zeigt, wie sich das Verständnis von Licht und Materie im letzten Jahrhundert gewandelt hat. Diese neuen Erkenntnisse sind Voraussetzung für die Quantenwissenschaften und Quantentechnologien, die heute intensiv erforscht werden.

In den fünf Themenbereichen der Sonderausstellung dreht sich alles um die Wechselwirkung von Licht und Materie.

Was ist Licht?

Obwohl Licht zum Alltag gehört, ist es gar nicht so einfach zu erklären, was es ist. Im Laufe der Zeit gab es verschiedene Vorstellungen von Licht. Welche Experimente und Modellvorstellungen dem heutigen Verständnis von Licht zugrunde liegen, zeigt der Ausstellungsbereich „Was ist Licht?“ Im Fokus stehen die zwei Modellbilder von Licht als Welle und als Teilchen.

Spektroskopie

Wenn Licht und Materie aufeinandertreffen, können die unterschiedlichsten Dinge geschehen: Durchsichtige Materialien werden durchstrahlt, andere absorbieren das Licht oder reflektieren es und wieder andere werden zum Leuchten angeregt.

Auf einer mikroskopischen Ebene verhalten sich Licht und Materie so ähnlich wie Musikinstrumente und Schallwellen, die sich gegenseitig zum Schwingen anregen können. Die Spektroskopie erforscht, auf welche Schwingungsfrequenzen („Tonhöhen“) Materie reagiert. Auf diesen Erkenntnissen beruht nicht nur unsere heutige Vorstellung vom Aufbau von Atomen, sondern auch die gesamte moderne Technik zur Kontrolle von Frequenzen und zur Zeitmessung.

Laser

Werkzeug Einzug in Forschung und Technik. Das Wort Laser steht als Akronym für den englischen Ausdruck light amplification by stimulated emission of radiation, also „Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung”. Anwendung findet er in der Forschung, Fertigung, Medizintechnik und Nachrichtenübertragung.

Auch aus der Popkultur, insbesondere in Science-Fiction, ist der Laser in Form von Laserpistolen, Laserschwertern und anderen Laserwaffen nicht mehr wegzudenken, auch wenn viele davon weit von den heutigen Anwendungen des Lasers entfernt sind.

Quantenphysik des Lichts

Anfang des 20. Jh. entstand mit der Quantenphysik eine vollkommen neue Beschreibung der Natur. Energie wird ihr zufolge immer in kleinen, unteilbaren Portionen – den Quanten – übertragen. Die Quantenphysik beschreibt viele Phänomene korrekt, zum Beispiel den Zusammenhang zwischen Lichtfarbe und Temperatur bei glühenden Körpern, die Linienspektren von leuchtenden Gasen oder die Vorgänge in einem Laser.

Für einzelne Atome und Lichtquanten sagt die Quantenphysik aber ein sehr ungewöhnliches Verhalten voraus, das zunächst nur in Gedankenexperimenten und Theorien untersucht wurde. Erst seit den 1970 er-Jahren können Quantenobjekte auch direkt im Labor erforscht werden.

MCQST Modul

Die Ausstellung Licht und Materie entstand als Teil des seit 2019 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Exzellenzcluster Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST). Die Forschenden des MCQST entwickeln neue Protokolle für sichere Kommunikation, erdenken Algorithmen zum Rechnen mit Quantenbits und untersuchen die Eigenschaften neuer Materialien. Die Kontrolle der Wechselwirkung von Licht und Materie ist dabei einer der Ansätze für die Arbeit mit Quantensystemen.

In diesem letzten Bereich können Sie durch eine interaktive Videostation und eine Postkartenstation in den Austausch mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des MCQST treten.

Die Ausstellung „Licht und Materie“  wird in Kooperation mit dem Exzellenzcluster „Munich Center for Quantum Science and Technology“ (MCQST) erarbeitet.