Markus Arndt


Aktuelles Arbeitsgebiet:

Quantennanophysik und molekulare Quantenoptik

Dies beinhaltet

  1. die Untersuchung des Welle-Teilchen Dualismus für Objekte wachsender Größe
  2. die Erkundung des Übergangs zwischen Quantenphysik und Alltagswelt
  3. Anwendung von Quanteneffekten für präzise Messungen mit Molekülen
  4. Anwendung von Quanteneffekten für die Erzeugung molekularer Nanostrukturen

Wissenschaftliche Laufbahn:


Markus Arndt und die Physik:

(Der folgende Text basiert auf einem Interview, das im Juli 2004 geführt wurde)

Wie sind Sie zur Physik gekommen?

Physik hat mir immer Spaß gemacht, und ich habe als Schüler viele populärwissenschaftliche Bücher gelesen. In der Schule, während unserer Diskussionen über die Versuche am Doppelspalt und Gitter erzählte mir damals schon ein Klassenkamerad von den Einstein-Podolsky-Rosen Experimenten, die Alain Aspect 1982 gerade veröffentlich hatte. Ich fand es absolut kurios und unglaublich, dass getrennte Lichtteilchen miteinander in Verbindung stehen sollten ohne miteinander zu kommunizieren.
Als Schüler wollte ich aber zunächst Philosoph werden, weil ich dachte, mit Philosophie könnte man die fundamentalsten Fragen klären. Dann wollte ich Elementarteilchentheorie machen, das war wohl durch die Bücher von Harald Fritzsch beeinflusst. Später hatte ich eine Zeit, wo ich dachte, ich muss was Nützliches für die Menschheit tun, da wollte ich gern Plasmaphysiker werden und eine neue Energiequelle erschließen. Inzwischen bin ich Realist (im Umgangssprachlichen nicht aber im philosophischen Sinn!) und Experimentator geworden und bin jetzt über Umwege wieder zu den kuriosen Fragen zurückgekommen, die mich schon seit der Schulzeit interessiert haben.
Ich bin nun sehr froh, Experimentalphysiker zu sein, weil man alles, was man sich so ausdenkt, auch immer wieder prüfen kann.
Meine Eltern haben mich immer sehr unterstützt. Meinem Vater hat Physik in der Schule selber auch viel Spaß gemacht. Er hat das Studium gutgeheißen, mich aber nicht explizit zu dieser Wahl gedrängt.

Welche Fähigkeiten haben Sie mitgebracht - was mussten Sie sich erarbeiten?

Ich glaube, vor allem das Interesse für die Physik muss man mitbringen - das ist das Allerwichtigste. Eine gewisse Neugierde, Hartnäckigkeit und Frustrationstoleranz braucht man auch, weil die Welt oder das Experiment oft überhaupt nicht so sind, wie man sie sich denkt. Wahrscheinlich muss man auch einen IQ von mehr als 90 haben, aber es müssen nicht unbedingt 160 Punkte sein. Vermutlich reicht alles oberhalb des Mittelwerts. Aber mindestens ebenso wichtig wie die Zahl der Hirnwindungen ist eben das Interesse. Beides sind notwendige aber alleine nicht hinreichende Bedingungen.
Manches muss man sich im Laufe der Zeit erst aneignen. Wenn man im Studium ist, kann man sich seine Zeit frei einteilen, sitzt ein paar Stunden auf der Uni rum, und wenn man keine Lust mehr hat, geht man wieder, weil man im Prinzip alles zu Hause genauso gut nachlesen kann. Aber später im Labor ist auch eine zusätzliche Disziplin und Hartnäckigkeit nötig. Da kann man nicht mehr aus und muss einfach sehen, wie man eine experimentelle Frage oder ein technisches Problem löst.

Nach welchem Motto leben Sie?

Mir ist im Leben wichtig, dass ich selber für mein Glück verantwortlich bin. Ich habe durchaus Dinge im Leben gehabt, die wirklich schief gegangen sind. Aber wenn man sich sagt, ich bin selber zuständig, mir mein eigenes Glück zu schaffen, dann bemüht man sich mehr, die Dinge wieder neu zu ordnen. Dann ist man unterm Strich eigentlich zufriedener, als wenn man darauf wartet, dass jemand anderes die Probleme regelt und das Glück wiederherstellt.
Das gilt sowohl für die Familie und die Partnerschaft, aber auch im physikalischen Labor. Man muss lernen die Natur zu sehen und zu akzeptieren wie sie ist. Man kann sein Glück und ein Körnchen Wahrheit nur finden, wenn man im Bedarfsfall seine Ideen und Ideale auch zu überprüfen oder über Bord zu werfen bereit ist, denn die Natur kann sich nicht mir zu liebe ändern.

Wie erging es Ihnen während des Studiums?

Die größte Umstellung war wahrscheinlich die Mathematik, vor allem weil ich noch ein Jahr Bundeswehr zwischen Schule und Studium hatte. Ich war aus dem Schulrhythmus ganz raus, und da muss man schon länger arbeiten, um wieder hinein zu kommen.
In Bonn gab es dazu den "Vorkurs Physik", wo man einige Wochen vor dem eigentlichen Physikstudium schon ein wenig Mathematik für Physik auffrischte. Wir waren etwa fünfzehn Studenten, die sich dort zusammengefunden haben, und die auch über die zwei Jahre bis zum Vordiplom zusammengeblieben sind. Das war eine prima Zeit. Ich habe die ersten vier Semester in Bonn studiert, und bin dann nach München gezogen, wo ich auch diplomiert und promoviert habe.
Der Wechsel fand hauptsächlich aus persönlichen Gründen statt, da meine jetzige Frau und ich einen gemeinsamen Studienplatz gesucht haben. Sowohl ihre Altphilologie als auch meine Physik konnte man damals sehr gut in München studieren. Einige von meinen Mitstudenten sind zu der Zeit aus Bonn weg gegangen, und ein Teil unseres Freundeskreises ist mit uns nach München gekommen. In den ersten Jahren saßen wir viel zum gemeinsamen Studieren in den Vorlesungen und über den Aufgaben mit den Kollegen zusammen. Zum Diplom haben sich die Wege aber dann getrennt.
Die Entscheidung, eine experimentelle Diplomarbeit zu machen, wurde wohl durch zwei Dinge beeinflusst. Auf der einen Seite hat mich die Art, wie Theorie und Mathematik unterrichtet wurde, ein bisschen abgeschreckt und zum anderen glaube ich, dass die theoretische Arbeit, wie ich sie kannte, nicht meinem Kommunikationsbedürfnis entsprach. Man ist als Experimentalphysiker viel stärker in eine Gruppe integriert, und auch die praktische Arbeit im Labor ist eine Art Kommunikation, denn die "Natur", der Messapparat, antwortet ja auf jede experimentelle Frage - wenn auch auf ihre/seine sehr eigene Art.

Wie sind Sie zu Ihrem derzeitigen Arbeitsgebiet gekommen? Wie waren Ihre ersten Erfahrungen mit der Wissenschaft?

Seit dem späteren Studium wollte ich Quantenoptik machen. Ich habe deshalb geschaut, wer die berühmtesten Physiker in München auf diesem Gebiet waren. Das waren Theodor Hänsch und Herbert Walther. Ich hatte schon immer im Hinterkopf, eine wissenschaftliche Zukunft anzustreben, und deshalb wollte ich mich an den besten Wissenschaftlern orientieren. Ohne eine inspirierende Umgebung und ohne hinreichende Möglichkeiten im Labor macht gute Forschung keinen Sinn.
Die Alternative wäre die Industrie gewesen, und ich habe auch während des Studiums Industriepraktika gemacht. Aber dort haben mich oft die äußeren Zwänge z.B. die strikte Zeiteinteilung (Stechuhr) gestört. Das passt nicht in mein eigenes Psychoprofil - auch wenn ich jetzt vielleicht unterm Strich sogar viel mehr Stunden arbeite als ich es mit "Stechuhr" je tun würde.
Ich habe also zunächst bei Herbert Walther begonnen und habe die Fragestellung bearbeitet, ob es zu atomaren Systemen, die klassisches Chaos zeigen, ein Quantenanalogon gibt. Das war eine sehr interessante, sehr lehrreiche und manchmal auch eine persönlich etwas komplizierte Zeit.
Ich habe dann das Thema gewechselt und bin in die Gruppe von Theodor Hänsch gegangen, wo mich Antoine Weis und Sergei Kanorski mitbetreuten. Der ursprüngliche Plan war, dass wir nach einem permanenten elektrischen Dipolmoment des Elektrons suchen wollten, was eigentlich nur dann existieren dürfte, wenn es Prozesse gäbe, welche die Zeitumkehrinvarianz verletzen. Die Idee war, nicht beim Elektron selber sondern an Cäsiumatomen danach zu suchen, weil dort der Effekt verstärkt sichtbar werden sollte. Dazu sollten die Atome zunächst in einer festen Heliummatrix gefangen werden und dann einer Magnetresonanzspektroskopie unterzogen werden. Wir sind in komplizierte Vorexperimente eingestiegen, die sonst noch niemand gemacht hatte, und die für mich auch ziemlich spannend waren. Natürlich war das Thema zu groß für eine Dissertation, aber die realistischen Teilexperimente waren an sich schon interessant.
Während der Zeit gab's auch ein ziemlich einschneidendes Erlebnis. Wir hatten den großen Kryostat, gefüllt mit flüssigem Helium - und in ihm eine Heliumzelle unter 40 bar Druck zur Verfestigung des Heliums bei 1,5 K. Während eines unserer Experimente schoss ein intensiver gepulster Laserstrahl, der die Cäsiumatome in die Heliummatrix schießen sollte, nun in die Kryostatenfenster ein Loch. Der spontane Zusammenbruch der Wärmeisolation hat dann zur explosionsartigen Verdampfung des Heliums geführt. Die Fenster sind nur relativ knapp an unseren Augen und Köpfen vorbei geflogen. Das Experiment stand dann erst einmal für 6 Monate. Für mich war das damals ziemlich belastend, ungefähr ein Jahr vor Ende der Promotion. Und es war zunächst überhaupt nicht klar wie ich die jetzt überhaupt noch glücklich beenden könnte. Es ging aber dann doch noch alles gut aus. Der Apparat wurde wieder repariert, wir haben noch interessante Messungen gemacht.
Im Nachhinein war es eine lehrreiche Erfahrung, weil ich gesehen habe, dass auch mal ein richtig dickes Ding passieren kann und dennoch sowohl das Leben als auch die Wissenschaft weitergehen. So etwas gehört zum erwähnten Bereich "Frustrationstoleranz".

Wie ist Ihre wissenschaftliche Laufbahn weiter gegangen?

Im letzten halben Jahr vor der Promotion habe ich dann geschaut, wo es andere gute Quantenoptikgruppen gibt. Nach der Promotion wollte ich auf jeden Fall erst mal eine Postdoc-Stelle antreten. Das halte ich für eine gut investierte Zeit - auch wenn man später doch noch in die Industrie wechseln will.
Ich wollte also auf jeden Fall ins Ausland gehen. Nach Amerika wollte meine Frau damals aber aus privaten Gründen nicht. Wissenschaftlich hätte es dort natürlich auch viele interessante Möglichkeiten gegeben. Aber ohne meine Frau wäre ich nicht für zwei Jahre weggegangen. Und sie wollte auch mit mir ins Ausland gehen. Darüber war ich und bin ich sehr froh, weil es doch eine ziemlich große Belastung für eine Beziehung ist, wenn man für zwei Jahre getrennt ist. Wir sind dann nach Paris gegangen, wo es natürlich auch exzellente Gruppen gibt. Ich hatte ein Stipendium von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) und eines von der Alexander von Humboldt-Stiftung. Meine Frau arbeitete als Deutschlehrerin und studierte nebenher, bis unser erster Sohn kam.
Paris ist natürlich eine schöne Stadt, und vom Arbeitsklima war es an der ENS auch anders als in vielen Unis in Deutschland. Die haben dort eine viel mathematischere Ausbildung und der Laborbetrieb war oft partnerschaftlicher - wobei man wohl sagen muss, dass dies ein Trend ist, der sich erfreulicherweise vor allem auch in den Spitzen-Forschungsgruppen in Deutschland und Österreich etabliert hat.
Ich hatte Jean Dalibard von München aus angeschrieben, weil er damals Atomoptik machte. Seine Gruppe ließ Atome auf Spiegeln hüpfen und das fand ich lustig - das war zunächst nutzlos, aber lustig. Ich hatte die vage Idee, dass man damit Atomresonatoren und vielleicht eines Tages Atomlaser machen könnte. Die Idee hatte sich mir seit einem Vortrag von Balykin in München in den Kopf gesetzt und war doch sehr verschieden von dem was heute als Atomlaser gebaut wird.
Wir haben mit Jean zunächst geometrische Atomoptik und dann auch Atominterferometrie betrieben. Hier war ich schon wieder nahe bei meinen Fragen aus der Schulzeit, wobei es eher um eine Delokalisierung oder Unschärfe in der Zeit/Energie anstelle des Raumes ging.
Diese Experimente fielen in die Zeit kurz vor der ersten Bose Einstein Kondensation und auch wir haben dann versucht, ein Bose-Einstein-Kondensat zu erzeugen. Wir haben einiges über atomare Stöße bei Temperaturen unterhalb eines Mikrokelvins gelernt, und es stellte sich im Laufe der Experimente heraus, dass die Kondensation mit unserer Atomsorte - Cäsium - nicht auf die inzwischen "klassische" Art mit einfacher Verdampfungskühlung in einer Magnetfalle geht. Mit Rubidium dagegen ging es dann sofort - wenn auch leider erst kurz nach meiner Abreise.

Für die Zeit nach Paris, verdanke ich vor allem Ernst Rasel, dass er mir so viel von Innsbruck vorgeschwärmt hat. Ernst kam gerade von seiner Promotion bei Anton Zeilinger zu uns nach Paris und hatte nur gutes über die Arbeit dort zu berichten. Ich habe dann Anton Zeilinger besucht und bin seitdem mit ihm in sehr erfreulicher Zusammenarbeit verbunden, in den ersten Jahren als Postdoc und nun als Kollege in gemeinsamen Projekten und gemeinsamen Lehrveranstaltungen. Seit dieser Zeit arbeiten wir an der Interferometrie mit großen Molekülen. Und tatsächlich konnten wir mit unseren Studenten nach dem Umzug an die Uni in Wien die quantenmechanische Wellennatur von Fullerenen (großen Kohlenstoffbällen), aber kürzlich auch kleinen Biomolekülen und anderen Teilchen zeigen. Hier hat sich der in der Schulzeit geöffnete Kreis vorerst wieder geschlossen. Und wieder beschäftigt mich die Frage, wie man Nichtlokalität verstehen kann. Was sagt uns das über die Realität, über den Raum, die Zeit die Information? Und, wofür kann man die seltsame Delokalisierung der Materie noch nutzen?
Ich hatte zuerst eine Postdocstelle in einem europäischen Mobilitätsnetzwerk, bis ich zwei Jahre später eine Assistentenstelle bekam, die nach der Habilitation in eine permanente Dozentenstelle umgewandelt wurde. Wenn man im deutschsprachigen Raum Professor werden will, war es bis vor kurzem üblich zu habilitieren. Heute ist das ja keine offizielle Bedingung mehr. Und ich habe das auch relativ spät gemacht, weil ich in meiner Laufbahn oft das Forschungsthema gewechselt hatte. Erst 1998 hatte ich mit der Molekülinterferometrie begonnen, über die ich dann 2002 habilitiert habe.
Vor etwas mehr als einem Jahr wurde an der Uni Wien eine Professur mit dem Titel "Quantennanophysik" ausgeschrieben. Ich habe mich dort beworben und nach einem Berufungsverfahren von etwa einem Jahr im September 2004 diese Stelle dann angetreten.

"Ich ganz persönlich"

Das Wichtigste ist die Familie - in alle drei Richtungen, meine Kinder, 2 freche Lausebengel mit 6 und 7 Jahren, meine Frau und meine Eltern/Geschwister. Im Prinzip sind Familie und Physik das, was mich den ganzen Tag beschäftigt, interessiert und mir Spaß macht. Auch wenn es durchaus manchmal schwierig ist, beide miteinander zu vereinbaren und die Zahl der Stunden scheinbar mehr für die Physik spricht. Seit einem halben Jahr habe ich auch wieder ein Klavier. Ich habe früher 6 Jahre gespielt und beginne es jetzt wieder ein wenig. Das ist zur Entspannung ganz toll.
Meine Frau beschwert sich immer, dass ich kein Lesemensch bin, was aber nur zur Hälfte stimmt. Ich habe sehr viel achliches zu lesen, und wenn ich dann an manchen Tagen 10 oder 11 Stunden auf kleine Textzeilen am Computer, im Buch oder im Journal geschaut habe, dann bekomme ich das abends einfach nicht mehr hin, dann entspannt mich das nicht mehr. Im Urlaub bin ich eher Krimifan, früher hat mich Science Fiktion auch begeistert. Tja - und wenn ich in Rente geh, schreib ich selber einen Krimi.
Wenn ich viel mehr Zeit hätte, dann würde ich gerne noch Aikido anfangen. Ich habe früher etwas Kampfsport betrieben. Jetzt müsste ich aber auch schon schauen, dass meine Knochen das überhaupt noch überleben.

Welchen Rat würden Sie jungen Menschen, speziell Mädchen oder Frauen, mitgeben auf den Weg, wenn sie Physik studieren wollen?

So früh wie möglich mit dem Studium aufhören, und so früh wie möglich mit dem wirklichen Leben beginnen! Das Diplom spätestens nach dem 8. Semester beginnen, weil man in der Praxis viel effizienter lernt, was wichtig ist, und auch persönlich sehr viel motivierter an konkreten Problemen arbeiten kann. Ich empfehle oft, an einer kleinen Uni das Studium zu beginnen, und mit den besten Wissenschaftlern an guten Experimenten zu diplomieren und promovieren - und beides so früh wie möglich. Und - man sollte sich nicht zurückschlagen lassen von frustrierenden Zwischenerlebnissen, weil die jeder hat.

Mir ist schon aufgefallen, dass manche Jungs ein bisschen selbstsicherer auftreten, auch wenn sie nicht unbedingt mehr können. Es ist zumindest am Anfang schon nützlich, dass man selbstsicher auftritt. Dann wird man mehr gefordert und auch mehr gefördert. Frauen sind manchmal etwas zurückhaltender, die meisten etwas höflicher sozusagen. Das ist, wenn man Karriere machen will, eher von Nachteil, weil man dann nicht so sehr wahrgenommen wird.

Aber wirklich entscheidend für den Erfolg ist neben der eigenen Begabung vor allem der eigene Wille, das Interesse an der Physik auch in die Tat und in die tägliche Forschung umzusetzen.

Das Interview führten Mag. Natascha Riahi und Mag. Katharina Durstberger
Projektleitung: Mag. Helga Stadler

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