Wenn Elektronen durch Wände gehen

Der Nobelpreis für Physik 2025 geht an drei Forscher, die etwas geschafft haben, das eigentlich gar nicht geht: Sie haben winzige Teilchen durch Wände schlüpfen lassen – und das nicht nur im Labor, sondern in handfesten elektrischen Schaltkreisen. Klingt nach Zauberei? Ist aber Quantenphysik.

Ein Tunnel ohne Baustelle

John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis heißen die drei Preisträger. Was sie gemeinsam erforschten, nennt man „makroskopisches Quanten-Tunneln“. Übersetzt heißt das: Dinge aus der Quantenwelt passieren plötzlich in einer Welt, die groß genug ist, dass man sie anfassen könnte.

Normalerweise läuft das anders. In der Quantenphysik spielen sich Phänomene auf winzigen Skalen ab – bei Atomen, Elektronen oder Lichtteilchen. Dort können Teilchen schon mal durch Hindernisse „hindurchtunneln“, als wären sie kleine Geister. In der Alltagswelt klappt das natürlich nicht. Niemand läuft morgens durch die Wand, nur weil der Kaffee alle ist.

Doch die drei Physiker haben genau so etwas in Stromkreisen beobachtet. Sie bauten sogenannte supraleitende Schaltungen – elektrische Kreise, die keinen Widerstand haben, wenn sie stark abgekühlt werden. Und in diesen Kreisen sahen sie: Elektronenpaare verschwanden auf der einen Seite einer Barriere und tauchten auf der anderen wieder auf. Ohne Umweg. Ohne Bagger. Einfach – zack! – durch.

Quanten in der Handfläche

Was daran so sensationell ist: Zum ersten Mal ließen sich solche quantenmechanischen Effekte in etwas beobachten, das nicht mehr mikroskopisch klein ist, sondern makroskopisch – also mit bloßem Auge sichtbar. Ein Quanteneffekt zum Anfassen, gewissermaßen.

Damit schlugen Clarke, Devoret und Martinis eine Brücke zwischen zwei Welten: der bizarren, schwer fassbaren Quantenmechanik und unserer robusten, alltäglichen Technik. Heute bauen Forschende darauf auf, wenn sie Quantencomputer entwickeln. Denn auch dort geht es darum, winzige Zustände in elektrischen Schaltkreisen präzise zu kontrollieren.

Ein Preis mit Tiefgang – und Tunneltiefe

Das sogenannte Tunneln ist kein neues Phänomen. Schon in den 1920er-Jahren hatte man verstanden, dass Teilchen eine Art Wahrscheinlichkeit haben, sich auf der anderen Seite einer Barriere wiederzufinden. Die meisten schaffen es nicht – aber einige eben doch.

Clarke, Devoret und Martinis haben dieses Prinzip Jahrzehnte später aus dem Bereich der reinen Theorie herausgeholt und in realen Experimenten gezeigt. Ihre supraleitenden Schaltkreise machten sichtbar, was sonst nur in Formeln vorkommt.

Der Nobelpreis würdigt also nicht eine neue Idee, sondern den Beweis, dass sie funktioniert – und zwar so zuverlässig, dass darauf ganze Technologien beruhen können.

Wenn Physik plötzlich praktisch wird

Wer heute an Quantencomputer denkt, hat oft Science-Fiction-Bilder im Kopf: blinkende Kuben, kalte Vakuumkammern und schwebende Atome. Aber viele dieser Geräte funktionieren tatsächlich mit denselben Effekten, die die drei Nobelpreisträger untersucht haben.

Die winzigen Stromkreise aus ihren Experimenten sind die Ur-Großeltern moderner Quantenchips. Dort werden Quantenzustände nicht mehr zufällig erzeugt, sondern gezielt gesteuert – etwa um Rechnungen zu lösen, für die herkömmliche Computer Jahrhunderte bräuchten.

Und auch in anderen Bereichen, etwa in der extrem genauen Mess- und Sensortechnik, spielt dieses Wissen eine Rolle. Denn Quantenphänomene sind empfindlich – aber gerade das macht sie zu perfekten Werkzeugen, um feinste Veränderungen zu messen.

Von der Theorie zur Technologie

Dass der Nobelpreis erst jetzt vergeben wurde, hat Tradition. In der Physik vergeht zwischen Entdeckung und Ehrung oft eine halbe Ewigkeit. Erst wenn klar ist, dass eine Idee wirklich trägt – im Labor und in der Anwendung – wird sie gefeiert.

Und seien wir ehrlich: Einen Preis für „Teilchen, die durch Wände gehen“ hätte vor dreißig Jahren wohl kaum jemand ernst genommen. Heute wissen wir: Das war der erste Schritt in eine neue Ära der Technik.

Physik mit Augenzwinkern

Wenn du das nächste Mal an einer Betonwand vorbeigehst, denk daran: In der Quantenwelt würde das keine große Hürde sein. Elektronen tun so etwas ständig – und drei Physiker wurden jetzt dafür ausgezeichnet, dass sie es uns gezeigt haben. Physik ist eben nicht nur trocken, sie ist manchmal einfach – durchgeknallt.

Kurzinfo

• Die Preisträger: John Clarke, Michel H. Devoret und John M. Martinis.
• Das Thema: Quanten-Tunneln in supraleitenden Schaltkreisen – Quanteneffekte zum Anfassen.
• Die Bedeutung: Grundlage für Quantencomputer und extrem präzise Messgeräte.