Warum verhalten sich Atome nach den seltsamen Regeln der Quantenphysik, eine Katze aber nicht? Eine Theorie aus den 1960er-Jahren machte dafür die Schwerkraft verantwortlich. Ein Experiment tief unter einem italienischen Bergmassiv hat nun gezielt nach ihren Spuren gesucht. Das Ergebnis schließt eine der ältesten Erklärungen für das Rätsel um Schrödingers Katze aus.
In der Welt der Atome und Elementarteilchen gelten Regeln, die dem Alltagsverstand widersprechen. Ein Teilchen kann sich in einer Überlagerung befinden, also gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren, bis eine Messung einen davon festlegt. Der österreichische Physiker Erwin Schrödinger machte 1935 mit einem berühmten Gedankenexperiment deutlich, wie absurd diese Vorstellung wirkt, wenn man sie auf große Objekte überträgt: Eine Katze sitzt in einer verschlossenen Kiste, ihr Schicksal ist an ein Quantenereignis gekoppelt, und nach den Regeln der Quantenmechanik wäre sie bis zum Öffnen der Kiste zugleich lebendig und tot. In der Realität beobachtet niemand solche Zustände bei Katzen, Tischen oder Menschen. Irgendwo zwischen der Welt der Teilchen und unserer Alltagswelt verlieren die Quantenregeln offenbar ihre Wirkung. Diesen Übergang nennen Physiker Dekohärenz. Wo genau er stattfindet und was ihn auslöst, gehört bis heute zu den tiefsten offenen Fragen der Physik.
Eine mögliche Antwort lieferte der ungarische Physiker Frigyes Károlyházy bereits in den 1960er-Jahren. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entsteht die Schwerkraft dadurch, dass Massen das Gefüge der Raumzeit krümmen. Károlyházy nahm an, dass diese Raumzeit ständig von winzigen Schwankungen durchzogen ist, die Quantenüberlagerungen nach und nach zerstören. Bei einzelnen Atomen wäre dieser Effekt verschwindend gering, bei großen Objekten dagegen so stark, dass Zustände wie die tote und lebendige Katze gar nicht erst entstehen könnten. Das Modell fasziniert Physiker bis heute und wurde in den vergangenen Jahren von einer Gruppe um den italienischen Physiker Angelo Bassi überarbeitet und verallgemeinert. Ein Team um Catalina Curceanu vom Nationalen Laboratorium Frascati des italienischen Kernphysikinstituts INFN hat diese Version nun experimentell überprüft. Die Ergebnisse erschienen im Juni 2026 im New Journal of Physics, die Forschungsförderstiftung FQxI hat sie am 17. September 2026 öffentlich vorgestellt.
Direkt beobachten lassen sich die von Károlyházy vorhergesagten Schwankungen nicht. Existieren sie, müssten sie jedoch geladene Teilchen wie Elektronen und Protonen fortwährend leicht anstoßen und zufällig beschleunigen. Beschleunigte Ladungen senden elektromagnetische Strahlung aus, und genau diese verräterische Spur wollten die Forscher finden. Das Problem: Die erwartete Strahlung wäre so schwach, dass sie im Rauschen anderer Quellen wie der kosmischen Strahlung untergehen würde. Deshalb verlegten die Forscher ihr Experiment in das Nationale Laboratorium Gran Sasso in Italien, das weltweit größte unterirdische Labor für Grundlagenphysik. Es liegt unter rund 1,4 Kilometern Gestein, das den größten Teil der störenden Strahlung aus dem All abschirmt. Curceanu beschreibt den Ort als eine der ruhigsten Umgebungen der Erde, um extrem seltene physikalische Vorgänge nachzuweisen. Wer sich für die Grundlagen der Überlagerung interessiert, findet sie auch in Experimenten zum Datentransport vom Photon zum Atom, bei denen Quantenzustände gezielt übertragen werden.
Als Messinstrument diente ein Detektor aus einem hochreinen Germaniumkristall, etwa so groß wie ein Kaffeebecher. Zusätzliche Schichten aus Kupfer und Blei schirmten ihn gegen Reststrahlung aus dem umgebenden Gestein ab. Insgesamt sammelte das Team 62 Tage lang Daten. Anschließend zogen die Forscher die zu erwartende Hintergrundstrahlung von ihren Messwerten ab und suchten im verbleibenden Signal nach dem charakteristischen Muster, das Károlyházys Modell vorhersagt. Sie fanden es nicht. Aus der Abwesenheit des Signals leiteten sie eine neue Grenze für einen zentralen Parameter des Modells ab, der beschreibt, über welche Entfernungen die Schwankungen der Raumzeit zusammenhängen. Diese Größe muss nach der Auswertung mindestens 4,64 Meter betragen, womit die bisherige experimentelle Grenze um mehr als eine Größenordnung übertroffen wird. Die vollständigen Ergebnisse sind in der Studie im New Journal of Physics dokumentiert.
Ein Experiment, das nichts findet, klingt zunächst enttäuschend. Für Curceanu ist das Ausbleiben des Signals jedoch selbst ein bedeutendes wissenschaftliches Ergebnis. Indem eines der ältesten und naheliegendsten Modelle für eine durch Schwerkraft ausgelöste Dekohärenz ausgeschlossen wird, verengt sich die Suche nach der Theorie, die das Zusammenspiel von Schwerkraft und Quantenmechanik beschreibt. Das bedeutet allerdings nicht, dass die Schwerkraft beim Verschwinden der Quanteneffekte gar keine Rolle spielt. Andere Modelle bleiben möglich, sie müssen aber mit den neuen Grenzen vereinbar sein. Bereits vor einigen Jahren hatten Messungen in Gran Sasso die einfachste Form eines verwandten Ansatzes ausgeschlossen, des nach Lajos Diósi und Roger Penrose benannten Modells. Die Forschung arbeitet sich damit Schritt für Schritt durch die möglichen Erklärungen. Wie tief die Raumzeit mit der Quantenwelt verwoben sein könnte, beschäftigt Physiker auch bei spekulativeren Ideen, etwa bei der Frage, ob die Quantenphysik Zeitreisen erlaubt.
Die Bedeutung der Messung reicht über das einzelne Modell hinaus. Károlyházys Ansatz beruht auf der Annahme, dass sich Orte und Längen grundsätzlich nicht beliebig genau bestimmen lassen. Diese Idee einer kleinsten messbaren Länge taucht inzwischen in vielen Theorien auf, die Quantenphysik und Schwerkraft vereinen wollen, darunter die Stringtheorie und die Schleifenquantengravitation. Nach Angaben des Physikers Kristian Piscicchia, der das Experiment leitete, sagen alle Ansätze der Quantengravitation eine solche Mindestlänge voraus, die mit der Unschärfe bei der Vermessung der Raumzeit zusammenhängt. Lange galt die Quantengravitation als ein Gebiet, das sich mit heutiger Technik gar nicht überprüfen lässt. Das Experiment in Gran Sasso reiht sich in eine wachsende Zahl von Arbeiten ein, die das Gegenteil zeigen. Präzisionsmessungen erreichen nach Einschätzung von Curceanu inzwischen eine Empfindlichkeit, mit der sich Ideen testen lassen, die bis vor Kurzem fast ausschließlich der theoretischen Spekulation vorbehalten waren. Mit jeder Verbesserung verschiebt sich die Grenze zwischen Theorie und Messung ein Stück weiter, und das Rätsel um Schrödingers Katze wird enger eingekreist.
New Journal of Physics, Experimental exclusion of a generalized Károlyházy gravity-induced decoherence model; doi:10.1088/1367-2630/ae774c