Ausgabe 196

ÖSTERREICH JOURNAL NR.

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 196 / 07. 12. 2020 Wissenschaft & Technik 13 Mio. Euro für Quanten- Grundlagenforschung 106 Die Quantenphysiker Oriol Romero-Isart und Markus Aspelmeyer aus Innsbruck und Wien erhalten gemeinsam mit Lukas Novotny und Romain Quidant von der ETH Zürich einen der renommierten ERC Synergy Grants. Selbst mehr als 100 Jahren nach ihrer Entdeckung scheinen die Gesetze der Quantenphysik manchmal im Widerspruch zum gesunden Menschenverstand zu stehen. Am prominentesten zeigt sich dies am Superpositionsprinzip, das besagt, daß sich ein einzelnes Objekt so verhalten kann, als ob es sich an mehreren Orten gleichzeitig befindet. Dieses Verhalten wurde in wegweisenden Ex - perimenten bestätigt: auf der Ebene von Elementarteilchen, Atomen und sogar Molekülen, die Tausende von Atomen enthalten. Aber gilt das Prinzip auch für den makroskopischen Bereich, beispielsweise für Festkörper, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind? Bei der Beantwortung dieser Frage will das österreichisch-schweizerische Forschungs - team mit Unterstützung eines Synergy Grant der EU nun einen großen Schritt weiterkommen. Die größten bisher im Quantenregime untersuchten Objekte sind organische Moleküle. „Wir wollen nun Nanoteilchen, die aus Milliarden von Atomen bestehen, in einen Überlagerungszustand versetzen“, schildert Projektkoordinator Oriol Romero-Isart vom Institut für Theoretische Physik der Universität Innsbruck und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften das gemeinsame Ziel. Ziel gemeinsam erreichen In den letzten Jahren haben die vier Forscher in einzelnen ERC-Projekten neue experimentelle und theoretische Techniken entwickelt, um solche Nanoteilchen im Quan - tenregime schweben zu lassen und zu kontrollieren. „Wir kombinieren unser Knowhow in den Grundlagenwissenschaften, der Nanotechnologie und den Ingenieurwissenschaften, um einen radikal neuen Zugang zu dieser Frage zu schaffen“, sagt der Experimentalphysiker Markus Aspelmeyer von der Universität Wien, der auch wissenschaftli - cher Direktor am IQOQI Wien der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist. Gemeinsam werden sie die Nanoteilchen im Hochvakuum untersuchen, wobei deren Foto: Q-Xtreme v.l.: Oriol Romero-Isart, Lukas Novotny, Markus Aspelmeyer und Romain Quidant Schwerpunktbewegung auf nahezu den absoluten Nullpunkt abgekühlt wird und sie in einer Kombination aus optischen, elektrischen und magnetischen Feldern schweben und manipuliert werden. „Mit diesem Projekt gehen wir an die Grenzen des heute technisch Machbaren“, fügt Romero-Isart hinzu. Seit 2012 fördert der Europäische Forschungsrat (ERC) mit den Synergy Grants eben solche Forschungsprojekte, in denen For schende verschiedener Fachgebiete ge - meinsam an der Erreichung eines Ziels arbei - ten, das für die Wissenschaft bisher außer Reichweite lang. Nach einem mehrstufigen Begutachtungsverfahren und im Wettbewerb mit hunderten anderen Projekten, fördert der ERC nun das Forschungsvorhaben Q-Xtreme der vier Physiker in Innsbruck, Wien und Zürich. »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at/ Potential für Quantensensoren Quantensuperpositionen sind sehr fragil und empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen wie Trägheit und Gravitationskräften. Mit den Experimenten wird es daher auch möglich sein, den Einfluß der Schwerkraft auf derart extreme Quantenzustände zu analysieren. Darüber hinaus ermöglichen sie die Entwicklung empfindlicher Meßinstrumente für Beschleunigung, Rotation oder Schwerkraft. Die Experimente werden an der Universität Wien und an der ETH Zürich durchgeführt; die Gruppe von Oriol Romero-Isart in Innsbruck wird das Projekt mit theoretischen Arbeiten unterstützen. Es gibt auch einen historischen Aspekt: Der österreichische Physiker und Nobelpreisträger Erwin Schrödinger machte sich in seinem berühmten Gedankenexperiment, das heute als „Schrödingers Katze“ bekannt ist, über die möglichen Folgen solcher „ma - kroskopischen Überlagerungen“ lustig. „An - gesichts der Tatsache, daß Schrödinger Professuren in Wien, Innsbruck und Zürich in - nehatte, scheint dies der geeignete Ort zu sein, um diese Experimente durchzuführen“, schmunzeln Aspelmeyer und Romero-Isart. Exzellenzprogramm Der Europäische Forschungsrat unterstützt mit den Synergy Grants wegweisende Pionierforschung von Teams aus zwei bis vier herausragenden Forscherinnen und Forschern. Wissenschaftliche Exzellenz ist da bei das alleinige Kriterium für die Bewertung und Auswahl der Projekte. Die Projekte sollen zu Entdeckungen an den Schnittstellen zwischen etablierten Disziplinen und zu substantiellen Fortschritten an den Grenzen des Wissens führen. Abhängig vom jeweiligen Forschungsvorhaben belaufen sich ERC Synergy Grants auf bis zu 14 Millionen Euro für eine Laufzeit von bis zu sechs Jahren. n https://www.uibk.ac.at/

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 196 / 07. 12. 2020 Wissenschaft & Technik Lune – Halsband mit Sensoren gegen obstruktive Schlafapnoe Die Studentin Carmen Maier des Joanneums Graz gewinnt mit einem Überwachungssystem, das Schlafapnoe-Patienten einen sicheren Schlaf ermöglicht und vor möglichen Atemaussetzern schützt, den nationalen James Dyson Award 2020 Carmen Maier, Studentin des Masterstudiengangs Industriedesign an der FH Joanneum in Graz, hat für ihr innovatives Kon zept Lune den James Dyson Award in Österreich gewonnen. Im Gegensatz zu gängigen Lösungen um Symptome der obstruktiven Schlafapnoe – bisher unbequeme und starre CPAP-Masken und Zungenschrittmacher mit sehr wenig Tragekomfort – ist Lune ein Halsband mit hohem Tragekomfort, das mit Sensoren ausgestattet ist, welche die Po - sition des Kopfes und die Atmungsaktivität während einer Schlafperiode messen. Ty - pisch für Schlafapnoe-Patienten ist, daß die Zungenmuskulatur erschlafft und die Zunge demzufolge in den Rachen gleitet. Dieses Problem wird mithilfe von Lune dadurch ge - löst, daß jene im Halsband verbauten Elek - troden beginnen, Muskeln zu stimulieren und so den Schluckreflex anregen. Beim Schlukken kehrt dann die Zunge in ihre optimale Position zurück ohne die Nutzer im Schlaf zu wecken. Falls die elektrische Stimulation zu wenig Wirkung auf die Patienten haben sollte, wird ein Airbag ausgelöst, der den Kopf in eine „optimale“ Neigung führt und so die blockierten Atemwege von der Zunge löst. Ein weiterer Unterschied zu herkömmlichen Methoden und Produkten besteht dar - in, daß Lune nicht nur die Symptome der Schlafapnoe-Erkrankung reduziert, sondern die in Lune verbauten Elektroden die Mundmuskulatur stärken und der Patient so die Möglichkeit erhält, eine dauerhafte und nach - haltige Besserung der Erkrankung zu erreichen. Laut Studien leiden weltweit über 900 Millionen Menschen an einer obstruktiven Schlafapnoe. Hierbei verschließen sich im - mer wieder für kurze Zeit die oberen Atemwege. Diese kritische Verengung kommt durch ein Erschlaffen des Zungenmuskels und benachbarter Bereiche zustande und kann zur Aussetzung der Atmung gefolgt von Sauerstoffmangel im Gehirn und den damit verbundenen Folgeerkrankungen führen. © Carmen Maier Foto: Dyson / Julius Gnoth Carmen Maier, Studentin des Masterstudiengangs Industriedesign an der FH Joanneum in Graz, mit ihrem innovatives Konzept Lune Carmens Maiers Ziel ist es, Millionen Männern und Frauen regelmäßig acht Stunden Lebensqualität zu schenken oder zumindest einen sorgenfreien und erholsamen Schlaf. Seit mittlerweile über drei Jahren ar - »Österreich Journal« – https://kiosk.oesterreichjournal.at/ 107 beitet sie am Projekt Lune. „Ich wurde inspiriert durch Geschichten, die mir Patienten, die an Schlafapnoe leiden, erzählten. Viele klagten über einen Mangel an Lebensqualität auf Grund der unkomfortablen Schlafsitua- Lune reduziert nicht nur die Symptome der Schlafapnoe-Erkrankung, sondern die in Lune verbauten Elektroden stärken auch die Mundmuskulatur