Zwischen Quantenwelt und Makrokosmos
Die Experimentalphysikerin Nadine Dörre forscht an der Grenze der Quantenphysik
Nadine Dörre zeigt auf eine kleine, lila, gefurcht beschichtete Platte. Sie ist zentrales Element des Experiments, an dem die experimentelle Quantenphysikerin arbeitet. Auf ihr befinden sich Moleküle, die mittels eines Lasers erhitzt und so zum Fliegen gebracht werden können.
Die 29-Jährige arbeitet am Physik-Institut der Uni Wien in der Gruppe von Markus Arndt, dessen Ziel es ist, den Grenzbereich zwischen Quantenphysik und klassischer Physik zu erforschen. Sehr kleine Teilchen zeigen quantenphysikalisches Verhalten, das bei makroskopischen Objekten aber nicht mehr beobachtet werden kann. „Es ist eine offene Frage, wie man diesen Übergang erklären kann“, sagt Dörre, die schon für ihre Diplomarbeit an diesem Experimentaufbau arbeitete und nun seit 2010 damit auch an ihrer Dissertation arbeitet, die durch das Unesco-L’Oréal-Stipendium vom Wissenschaftsministerium unterstützt wird.
„Es geht in unseren Experimenten darum, die Gültigkeit der Quantenphysik für immer größere Objekte nachzuweisen“, sagt Dörre. Dazu werden immer größere Moleküle durch das Experiment geschickt, das ähnlich funktioniert wie das berühmte Doppelspaltexperiment.
Bei diesem Experiment werden Teilchen durch zwei Spalte ge- schickt – wenn man sie dahinter auf einem Schirm auffängt, zeigt sich eine charakteristische Struktur namens Interferenzmuster, die durch Überlagerung entsteht – ein Hinweis auf das Quantenverhalten der Teilchen.
In dem Experiment, an dem Dörre und ihre Kollegen arbeiten, werden aber statt zwei Spalten drei Gitter aus Licht eingesetzt. Eine der Besonderheiten an dem Experimentaufbau ist, dass die Gitter nicht ständig da sind, sondern nur pulsartig eingeschaltet werden. So hätten alle Teilchen die gleiche Zeit, um das Interferenzmuster zu erzeugen.
So wollen die Physiker einen Rekord brechen und bald Molekü- le testen, die eine Massenzahl von bis zu einer Million haben.
Die Moleküle auf der lila Platte sind in einer Kollaboration mit Chemikern extra für das Experiment hergestellt worden. Das hat den Vorteil, dass sie gegenüber ihren natürlich vorkommenden Pendants stabiler sind. „Sie zerbrechen nicht gleich, bevor sie losfliegen“, sagt Dörre. Das Ziel sei aber letztendlich auch, mit Bioteilchen zu arbeiten. Eine Möglichkeit, die aber vorerst physikalisches Wunschdenken sei, wäre etwa Hämoglobin, also rote Blutkörperchen, durch das Experiment zu schicken.
Nun will Dörre ihre Dissertation zügig zu Ende bringen, denn die eigentliche Arbeit stecke ohnehin bereits im Experiment selbst. In ihrer Doktorarbeit fasst sie dessen theoretischen Hintergrund und den genauen Aufbau zusammen und führt gewonnen Daten an. „Es ist ein sehr spezielles Experiment, das es in dieser Form sonst nirgends so fortgeschritten gibt“, sagt Dörre. Wohl auch mit ein Grund dafür, dass sie vergangene Woche vom Magazin Forbes unter die 30 interessantesten Persönlichkeiten unter 30 Jahren in Europa aufgenommen hat.
Nach der Dissertation will Dörre sich für einen Job an Unis oder in der außerakademischen Forschung umschauen. „Ich bin schon so lange in Wien“, sagt die Waldviertlerin, „es würde mich reizen, ins Ausland zu gehen.“ hen von 300 bis 1000 Metern mit vielfältigen Versteckmöglichkeiten. Wichtig ist auch das Vorhandensein von Laichgewässern.
Geschlechtsreif werden die Tiere erst mit fünf Jahren. Balz und Paarung finden vor allem von März bis September und – für Amphibien ungewöhnlich – an Land statt. Dabei kriecht das Männchen unter das Weibchen, umklammert dessen Vorderbeine und setzt ein Samenpaket auf dem Untergrund ab. Dann führt es seine Partnerin darüber, und diese nimmt es in ihre Kloake auf.
Im nächsten Frühjahr wandert das Weibchen zu einem geeigneten Laichgewässer, hängt seinen Hinterleib hinein und entlässt in mehreren Schüben zehn bis 70 Larven, die 25 bis 35 Millimeter groß sind, bereits vier Extremitäten haben, über Kiemenbüschel atmen und sich von Insektenlarven und Kleinkrebsen ernähren. Gewöhnlich nach vier Monaten haben sie ihre Verwandlung zum landlebenden, lungenatmenden Salamander abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt sind sie zirka fünf Zentimeter groß.
Die erwachsenen Tiere fressen alles, was sie überwältigen können, vor allem Schnecken, Spinnentiere, Tausendfüßer, Würmer und Käfer. Tagsüber verstecken sie sich, etwa in Erdspalten oder unter Totholz. Auf Beute gehen sie vor allem nachts, besonders bei und nach Regen.
Sie selbst werden am ehesten von Igel, Wildschwein, Dachs und Ringelnatter gefressen, und seit einigen Jahren gibt es auch einen eingeschleppten Pilz, der zum Tod von Amphibien führen kann. Deutlich mehr bedroht sind sie jedoch durch Straßenverkehr, Pestizide, Düngemittel, Waldrodungen, Bachregulierungen und Lebensraumzerschneidung.
Massenquartiere im Winter
Den Winter verbringen Feuersalamander in frostsicheren Unterschlupfen, wobei man annahm, dass sie in dieser Periode ihre Körperfunktionen massiv reduzieren und keine Nahrung zu sich nehmen. In der Literatur gab es außerdem fallweise Berichte, dass sich die sonst einzelgängerischen Lurche im Winterquartier zusammenrotten, detaillierte Untersu- chungen gab es dazu aber nicht. Im Zuge einer Bestandsaufnahme des Feuersalamanders im Maurer Wald im 23. Wiener Gemeindebezirk entdeckte Christoph Leeb vom Department für Integrative Zoologie der Universität Wien tatsächlich ein solches Massenquartier. „Im Herbst 2010 fanden wir viele Tiere vor einem Erdloch“, erzählt Leeb, „und wir wollten wissen, ob es sich um ein Winterquartier handelte.“
Um herauszufinden, wer aller den hinter dem Loch liegenden Hohlraum benutzte, installierte Leeb eine selbst gebaute Fotofalle mit Infrarot-Lichtschranke vor dem Eingang: Wann immer die Tiere kamen und gingen, lösten sie damit eine Kamera aus. Rund 7300 Fotos von 214 verschiedenen Feuersalamandern kamen auf diese Weise im ersten Winter zusammen.
Umtriebige Männchen
Aufgrund von Aktivitätsmustern, die für jedes Individuum erstellt wurden, ließ sich zu jedem Zeitpunkt schätzen, wie viele Salamander sich von Mitte Oktober bis April in der Höhle aufhielten: Es waren bis zu 190 Tiere auf einmal. Allerdings verharrten die Lurche keineswegs durchgehend in Kältestarre, sondern waren fast den ganzen Winter über aktiv: Männchen verließen das Quartier durchschnittlich alle 22 Tage, Weibchen immerhin alle 38 Tage. Überhaupt erwiesen sich die Männchen als umtriebiger: Zwischen ihnen kam es auch viel häufiger zu Interaktionen.
Doch nicht nur die Salamander gingen den Biologen in die FotoFalle: „Da war bald alles drauf, was im Wald herumläuft“, erinnert sich Leeb, „ein Fuchs, ein Iltis, Katzen, Vögel.“Im Unterschied zu diesen Zufallsgästen überwintern offenbar auch andere Amphibien- und Reptilien-Arten neben den Salamandern in dem Unterschlupf: Leeb und seine Kollegen fanden Bergmolche, Erdkröten, Springfrösche, Blindschleichen sowie gezählte sechs Äskulap- und sechs Ringelnattern auf den Fotos. Die Mäuse, die auf den insgesamt 40.000 Fotos immer wieder abgelichtet sind, scheinen den alten Bau jedoch ganzjährig zu bewohnen.