Ein besonderer Tag.
14. April: Ein ganzer Tag nur für die QuantenStell dir vor, es gibt einen Welttag für etwas, das du nicht sehen, nicht anfassen und kaum vorstellen kannst – und trotzdem ist es eine der wichtigsten Grundlagen unserer modernen Welt. Genau das ist der Weltquantentag, der jedes Jahr am 14. April gefeiert wird.
Am 14. April 1900 soll der Physiker Max Planck eine Zahl veröffentlicht haben, die die Wissenschaft für immer verändern sollte: das Plancksche Wirkungsquantum, geschrieben als kleines h. Diese winzige Konstante (4.1357 × 10⁻¹⁵ Elektronenvolt · Sekunden (eV·s) beschreibt, wie Energie in der Welt der kleinsten Teilchen funktioniert – und läutete damit die Ära der Quantenphysik ein. Zu Ehren dieser Zahl wurde der 14. April (4/14 im amerikanischen Datumsformat, passend zur Nachkommastelle von h) offiziell zum Weltquantentag erklärt. Ins Leben gerufen wurde der Quantentag 2022 von der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (EPS) gemeinsam mit internationalen Wissenschaftsorganisationen – mit einem klaren Ziel: Quantenphysik und Quantentechnologie aus dem Elfenbeinturm der Forschung heraus in die Mitte der Gesellschaft zu bringen. Denn diese Technologien kommen – und alle sollten die Chance haben, sie zu verstehen.
Im phaeno nutzen wir diesen Tag, um unseren Quantenbereich besonders ins Rampenlicht zu rücken, neue Exponate vorzustellen und neugierige Besucher:innen aller Altersstufen zum Staunen einzuladen. Kommt vorbei!
Grundlagen: Einfach erklärt.
Was ist eigentlich ein Quantum – und warum ist das so besonders?Das Wort „Quantum" kommt aus dem Lateinischen und bedeutet schlicht: Menge. In der Physik bezeichnet es die kleinstmögliche Einheit von etwas. Energie zum Beispiel kommt nicht in beliebig kleinen Portionen vor – sie springt in festen Päckchen, eben in Quanten. Und genau in dieser Welt der winzigen Päckchen gelten Regeln, die unserem Alltagsverstand widersprechen. Hier ist das Wichtigste:
Drei Grundprinzipien der Quantenwelt
- Superposition: Ein Quantenteilchen kann sich gleichzeitig in mehreren Zuständen befinden – erst wenn wir messen, „entscheidet" es sich für einen. Ein Qubit (Quantenbit) ist also nicht einfach 0 oder 1, sondern beides zugleich.
- Verschränkung: Die Quantenverschränkung beschreibt den Zustand, in dem Teilchen über beliebige Distanzen verbunden bleiben: Die Messung eines Teilchens bestimmt augenblicklich den Zustand des anderen.
- Quantentunnel-Effekt: Teilchen können Barrieren durchdringen, die sie klassisch niemals überwinden könnten – als würden sie einfach durch eine Wand hindurchgehen.
„Wer über Quantenmechanik nicht schockiert ist, hat sie nicht verstanden." – Niels Bohr, Physik-Nobelpreisträger
Diese merkwürdigen Eigenschaften sind nicht nur theoretischer Natur. Sie sind die Grundlage für Technologien, die gerade dabei sind, unsere Welt zu verändern.
Warum Quantentechnologie bahnbrechend sein wird
Klassische Computer rechnen mit Bits – 0 oder 1. Ein Quantencomputer nutzt Qubits, die dank Superposition viele Zustände gleichzeitig annehmen können. Das macht ihn bei bestimmten Aufgaben exponentiell leistungsfähiger – kein klassischer Rechner der Welt könnte ihn einholen.
Die Folgen sind enorm: In der Medizin könnten Quantencomputer neue Wirkstoffe simulieren, die bisher zu komplex für jedes Rechenzentrum der Erde waren. In der Kommunikation ermöglicht Quantenverschlüsselung abhörsichere Übertragungen – physikalisch garantiert, nicht nur rechnerisch. In der Navigation und Sensorik messen Quantensensoren Magnetfelder und Schwerkraft mit einer Präzision, die GPS langfristig ersetzen könnte.
Kurz: Quantentechnologie ist nicht die nächste Verbesserung – sie ist ein Paradigmenwechsel.
Quantenphysik begreifbar machen.
Im phaeno kannst du Quantenphysik nicht nur lesen – du kannst sie berühren, spielen, messen und staunen. Hier sind die Exponate unseres Quantenbereichs:💎 Diamant-Magnetsensor
Für alle ab 12Was klingt wie Magie, ist Quantenphysik pur: Ein grüner Laser trifft auf einen Diamanten, der daraufhin rot zu leuchten beginnt. Bringt man einen Magneten in die Nähe, verändert sich die Helligkeit dieses Lichts – minimal, aber messbar. Mit diesem Prinzip, dem sogenannten Zeeman-Effekt und der optisch detektierten Magnetresonanz (ODMR), können Magnetfelder mit Quantenpräzision gemessen werden. Besucher:innen bedienen den Sensor selbst – und erleben echte Quantenforschung live.
🪑 Drehender Sattel
Interaktiv · für alleKann man eine Kugel auf einer Sattelfläche balancieren, auf der sie eigentlich nicht liegen bleiben kann? Mit der richtigen Drehzahl schon. Was sich spielerisch anfühlt, ist das exakte physikalische Prinzip einer Ionenfalle: Schnell wechselnde Felder halten Teilchen an Ort und Stelle – dieselbe Technologie, die in echten Quantencomputern und Atomuhren eingesetzt wird.
🎮 Quanten Arcade
SpielerischZwei Videospiele, die direkt aus der Quantenforschung stammen. Bei Qaboom fallen Qubits ins Spielfeld – jede Farbe steht für einen Quantenzustand. Gates verändern die Zustände, Messungen lassen sie kollabieren. Bei Quantum Quest geht die Entdeckungsreise weiter. Beide Spiele zeigen: Superposition und Verschränkung sind keine abstrakten Konzepte – man kann sie spielen. Auch kostenlos online verfügbar.
🌿 Quantum Jungle
Kunst trifft WissenschaftBerühre eine Metallfeder – und erzeuge ein virtuelles Quantenteilchen. Eine bunte Wolke breitet sich aus: je heller ein LED-Ring leuchtet, desto wahrscheinlicher ist das Teilchen dort. Lass los, und die Wolke kollabiert. Dieses faszinierende Kunstwerk des Designers Robin Baumgarten berechnet die Bewegung tatsächlich aus der Schrödinger-Gleichung – der zentralen Formel der Quantenmechanik. Tausende LEDs, Tausende Berechnungen pro Sekunde.
📜 Quantum History Wall
GeschichteWie wurde Quantenphysik überhaupt entdeckt? Die interaktive Zeitleiste der Deutschen Physikalischen Gesellschaft erzählt die Geschichte dieser Wissenschaft – von den ersten Experimenten über historische Instrumente bis zu den Schlüsselideen, die unser Bild des Universums verändert haben.
Nicht die Genies stehen im Mittelpunkt, sondern die Ideen.
🧊 Supraleiter
Live-Vorführung · WochenendenKeramik, die schwebt. Yttrium-Barium-Kupferoxid verliert bei extremer Kühlung seinen elektrischen Widerstand vollständig – und verdrängt dabei Magnetfelder aus seinem Inneren. Der Meißner-Effekt sorgt dafür, dass ein Magnet scheinbar in der Luft hängt. An Wochenenden und in Ferien zeigen wir diese spektakuläre Erscheinung in einer Live-Vorführung. Verlustfreie Stromleitungen, Magnetschwebebahnen – das sind die Technologien von morgen, die hier sichtbar werden.
Wissenschaft trifft Vermittlung.
Warum Kooperation der Schlüssel istDas phaeno versteht sich als Brücke zwischen Universität und Gesellschaft. Wir holen aktuelle Forschung in das Wissenschaftsmuseum – aufbereitet, greifbar, erfahrbar. Möglich macht das ein Netzwerk aus engagierten Wissenschaftler:innen, Didaktiker:innen und Institutionen:
- Technische Universität Braunschweig – Im Projekt „HolodeckQ" und dem DiQuaMus-Projekt entwickelten Forschende des Instituts für Fachdidaktik der Naturwissenschaften gemeinsam mit dem phaeno interaktive Exponate, die Quantenphänomene nicht nur erklären, sondern erlebbar machen. Doktorand:innen der TU leiten außerdem persönlich die Oberstufenworkshops.
- Universität Leipzig – Felix-Bloch-Institut für Festkörperphysik – Forschende des Instituts entwickelten den Diamant-Magnetsensor von Grund auf neu – als echtes Forschungsexponat, das Besucher:innen selbst bedienen können. Kein Modell, kein Dummy: echte Quantenforschung, zum Anfassen.
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) Braunschweig – Als nationale Metrologie-Instanz bringt die PTB Präzisionswissen ins phaeno: Die mechanische Teilchenfalle und weitere Exponate entstanden in enger Abstimmung mit den Forschenden der PTB.
- Quantum Valley Lower Saxony (QVLS) – Als Teil dieses regionalen Innovationsnetzwerks aus Wissenschaft, Forschungseinrichtungen und Unternehmen ist das phaeno aktiv in die Strategie zur Entwicklung und Verbreitung von Quantentechnologien in der Region eingebunden.
- Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) – Die weltweit größte nationale Physikgesellschaft entwickelte die Quantum History Wall, die im phaeno zu sehen ist.
- Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) – Die öffentliche Förderung ermöglicht es, innovative Wissenschaftsangebote wie den Quantenbereich zu entwickeln und dauerhaft zugänglich zu machen.
Wissenschaftskommunikation im phaeno bedeutet: immer nah am Zentrum der Wissenschaft – den Universitäten. Unser Ziel ist es, Forschung ins Museum zu bringen, heruntergebrochen für unsere Besucher:innen. Neugier wecken. Nachwuchs fördern. Staunen ermöglichen. Das ist unser Beitrag zur wissenschaftlichen Grundbildung von morgen.
Zum Schluss: Ein Gedankenexperiment.
Schrödingers Katze – einfach erklärt🐱📦 Die Katze, die lebt und tot ist – gleichzeitig
Stell dir eine Katze in einer geschlossenen Kiste vor. In der Kiste befindet sich auch ein radioaktives Atom, das mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % innerhalb einer Stunde zerfällt. Zerfällt es, löst es einen Mechanismus aus, der eine Giftampulle öffnet – die Katze stirbt. Zerfällt es nicht, lebt die Katze.
Soweit, so einfach. Aber hier kommt die Quantenphysik ins Spiel: Solange wir die Kiste nicht öffnen und nachschauen, befindet sich das Atom in einer Superposition – es hat gleichzeitig zerfallen und nicht zerfallen. Und damit befindet sich die Katze – rein quantenmechanisch gedacht – ebenfalls in einer Superposition: gleichzeitig lebendig und tot. Erst wenn wir hinschauen, wenn wir messen, kollabiert die Superposition in einen der beiden Zustände.
Schrödinger erfand dieses Gedankenexperiment 1935 – nicht als Beweis dafür, dass Katzen wirklich gleichzeitig leben und sterben können, sondern als kritische Provokation: um zu zeigen, wie absurd es wäre, wenn die Quantenmechanik einfach auf die Alltagswelt übertragen würde. Die Frage, wann und warum eine Superposition kollabiert, beschäftigt Physiker:innen bis heute.
Und genau dieses Prinzip steckt hinter Quantum Tic-Tac-Toe im phaeno am Weltquantentag. Hier kannst du gewinnen, verlieren, manchmal gewinnen auch beide Seiten – gleichzeitig. Klingt unmöglich? Genau das ist Quantenphysik.
Du willst mehr wissen?
Komm ins phaeno und erlebe Quantenphysik zum Anfassen. Spiel Quantum Tic-Tac-Toe. Mess ein Magnetfeld mit einem Diamanten. Lass eine Katze gleichzeitig leben und sterben.