Der «Star Wars»-Fan, der die Atome mit dem Laser kaltstellte

William Phillips hat die Grundlagen für extrem genaue Atomuhren gelegt. Künftig werden sie Aufgaben lösen, denen kein klassischer Computer gewachsen ist.

Der US-amerikanische Physiker und Nobelpreisträger William Phillips an der Universität Irchel in Zürich.

Der US-amerikanische Physiker und Nobelpreisträger William Phillips an der Universität Irchel in Zürich. Bild: Thomas Egli

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Wären sie Menschen, würde man bei Atomen eine Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) diagnostizieren. Die winzigen Teilchen wollen einfach nicht stillhalten, schon gar nicht vor den Messgeräten der Physiker. In der Luft zum Beispiel bewegen sich Atome mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von rund 2000 Kilometern pro Stunde. Langsamer werden sie bei Kälte. Aber selbst bei einer Temperatur von minus 270 Grad Celsius, nahe am absoluten Nullpunkt, sind die Partikel meist noch schneller unterwegs als ein Formel-1-Rennwagen. Das macht es schwierig, Atome im Detail zu studieren.

William Phillips hat gewissermassen eine Therapie gegen atomare ADHS entwickelt. Dabei bremst er Atome mithilfe von Laserstrahlen auf Schrittgeschwindigkeit ab. Die ruhiggestellten Partikel werden zum Beispiel verwendet, um unglaublich präzise Atomuhren zu bauen. Für seine Entdeckungen erhielt Phillips 1997 den Nobelpreis für Physik.

Der 69-Jährige setzt sich in der Cafeteria des Physik-Instituts der Universität Zürich in einen Sessel. Der Fachverein Physik hat ihn im Rahmen der Veranstaltung «Albert Einstein Ehrengast» nach Zürich eingeladen. Seine Krawatte trägt ein Motiv von «Star Wars». Phillips dreht die Krawatte um: Der Drehbuchautor, Produzent und Regisseur George Lucas hat sie signiert.

Ihm schien es romantisch, sein Leben der Wissenschaft zu opfern. Foto: Thomas Egli

Es braucht nicht viel, um den Nobelpreisträger zum Reden zu bringen. Ein Stichwort genügt, und er erzählt einen ganzen Roman. Er wirkt dabei keineswegs aufdringlich. Er erzählt einfach gern Geschichten. Die von seinem Leben und seiner nobelpreiswürdigen Entdeckung geht so:

An Wissenschaft war Phillips interessiert, seit er sich erinnern kann. «Meine Eltern, obwohl keine Wissenschaftler, haben meine Neugierde stets un­terstützt.» Im Alter von fünf oder sechs Jahren erhielt er ein Mikroskop, mit dem er anschaute, was er ums Haus herum fand. Später erhielt er ein Chemie-Set mit Anleitungen für interessante Experimente. «Als ich rund zehn Jahre alt war, habe ich festgestellt, dass mein wahres Interesse der Physik gilt», sagt Phillips. «Das war ungewöhnlich früh.»

Als Kind liess er Strom fliegen

Wie manche Jungs experimentierte er mit kleinen Sprengsätzen. Auch baute er eine sogenannte Bogenlampe. Dazu liess er Strom aus der Steckdose durch einen Stromkreis fliessen, in den zwei Kohle­stäbe eingebaut waren. «Wenn man die Kohlestäbe voneinander entfernt, fliesst der Strom weiter durch die Luft», sagt Phillips. «Es entsteht ein Plasma. Das leuchtet enorm hell.» Er tüftelte an der Bogenlampe herum, bis die Sicherungen durchbrannten. «Meine Eltern hatten viel Verständnis für meine Experimente. Ich handelte mir keine wirklich grossen Schwierigkeiten ein. Aber die Erfahrung mit der Bogenlampe hat mich gelehrt, dass ich vielleicht etwas vorsichtiger sein sollte.»

Als Junge las er eine Biografie von Marie Curie. «Das war eine faszinierende Persönlichkeit», sagt Phillips. «Trotz Curies Strahlenkrankheit als Folge ihrer Studien erschien es mir als jungem Menschen romantisch, quasi das Leben für die Wissenschaft zu opfern.» Er selbst landete im Bereich der Atomphysik. Anfang der 1970er-Jahre ging er ans Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, Massachusetts. «Dann geschah etwas Wunderbares», sagt Phillips. «Es kamen Laser auf den Markt, bei denen man die Lichtfrequenz an einem Knopf einstellen konnte. Das war ein neues Spielzeug für mich, und ich sagte meinem Doktorvater, ich wolle etwas mit diesen Lasern machen.»

Laser-Experiment am NIST. Foto: H. Mark Helfer (NIST)

Das tat er zunächst am MIT, dann am Nationalen Institut für Standards und Technologie (NIST) in Gaithersburg (Maryland). Ende der 1970er-Jahre erforschte er dort eine Methode, die heute als Laserkühlen bezeichnet wird. Dabei machte er sich ein Prinzip zunutze, das jeder kennt: den Rückstoss. Wenn man rennt und einen entgegenfliegenden Medizinball fängt, erhält man einen ordentlichen Rückstoss und wird abgebremst. Das setzte Phillips bei Atomen ein: Er beschoss die Partikel mit einem Laserstrahl. Fängt ein Atom ein Lichtteilchen ein, wird es abgebremst wie ein Läufer, der einen Medizinball fängt. So liessen sich die Atome mit zusätzlicher Hilfe von Magnetfeldern zur Ruhe bringen. 1985 war die atomare ADHS geheilt.

Auch andere Wissenschaftler haben sich dem Thema gewidmet, insbesondere der US-Physiker Steven Chu und der französische Physiker Claude Cohen-Tannoudji. Mit ihnen teilte sich Phillips den Nobelpreis. Die Laserkühlung machte es möglich, zum Beispiel Cäsium-Atome abzubremsen und deren Eigenschaften viel präziser zu messen, etwa die Frequenz von Licht, das die Atome abstrahlen. Diese Frequenz wiederum dient als Taktgeber für Atomuhren. Letztlich führte das Laserkühlen zu hochpräzisen Zeitmessern.

«Der grösste Nutzen des Laserkühlens liegt in der Zukunft.»

Laser-gekühlte Atomuhren sind heute weitverbreitet. Sie geben die offizielle Zeit vor. Sie kommen in schnellen Datennetzen zum Einsatz, um die Signale zu synchronisieren. Physiker nutzen sie, um zu prüfen, ob die Naturkonstanten wirklich konstant sind. «Der vielleicht grösste Nutzen des Laserkühlens liegt in der Zukunft», sagt Phillips. «Gewisse Quantencomputer nutzen gekühlte Ionen oder Atome zum Rechnen. Damit können wir künftig Probleme lösen, die sich mit klassischen Computern nie werden lösen lassen.»

Religiöse Leute sind keine Einfaltspinsel

Seit 1979 ist Phillips Mitglied in einer Methodisten-Kirche. Und er singt in einem Gospelchor. «Das ist ein wirklich wichtiger Teil meines Lebens», sagt er. «Wenn ich singe, kann ich all den Stress der Arbeit und der Politik zurücklassen.» Seit der Gründung im Jahr 2001 ist er Mitglied in der International Society for Science and Religion. Das Verhältnis von Wissenschaft und Religion hält er für wichtig und interessant. «Denn es gibt Leute, die glauben, dass Wissenschaft und Religion einander widersprechen. Das bedeutet oft, dass sie die Wissenschaft ablehnen. Und das ist gefährlich.»

Aus seiner Sicht stellen Wissenschaft und Religion in der Regel unterschiedliche Fragen. Schon Galileo habe gesagt: Religion lehrt uns, wie wir in den Himmel kommen. Wissenschaft lehrt uns, wie sich der Himmel bewegt. «Wer wissen möchte, wie man sich den Mitmenschen gegenüber verhalten sollte, muss Ethiker und Theologen fragen, keinen Physiker», sagt Phillips. «Aber Theologen sind die falschen Adressaten, wenn man wissen möchte, wie das Erdklima durch die Verbrennung fossiler Treibstoffe verändert wird.»

Phillips hat eine Botschaft für beide, für religiöse und für säkulare Menschen. «Ich möchte weder, dass religiöse Menschen denken, die Wissenschaft sei das Werk des Teufels, noch, dass säkulare Menschen denken, religiöse Menschen wären abergläubische Einfaltspinsel. Ich möchte, dass jeder versteht, wo der richtige Ort ist für Wissenschaft und wo der richtige Ort für Religion.»

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 27.04.2018, 16:05 Uhr

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