Die Flamme zischt leise, während sich das Glas unter der ruhigen Hand von Frank Schreiber langsam verformt. Wenige Mikrometer entscheiden darüber, ob eine Zelle später im Experiment funktioniert oder unbrauchbar wird. In der Glastechnikwerkstatt des Physikalischen Instituts an der Universität Stuttgart entsteht Präzisionsarbeit für die Grundlagenforschung – oft unsichtbar für Außenstehende, für viele Experimente jedoch unverzichtbar.
Austausch zwischen zwei traditionsreichen Forschungseinrichtungen
Aktuell stand die Werkstatt im Mittelpunkt eines besonderen internationalen Austauschs: Glastechniker Frank Schreiber bekam vom 28. bis 29. Mai Besuch von seinem französischen Kollegen Tom Chevry, der am renommierten Laboratoire Kastler Brossel der Sorbonne Université in Paris die Glaswerkstatt des Instituts betreibt. Ziel des Treffens war es, Techniken, Erfahrungen und Spezialverfahren auszutauschen – insbesondere bei der Herstellung hochpräziser Glaszellen, die für Experimente mit Photonen oder heißen Atomen in der Quantenoptik eine wichtige Rolle spielen.
„Viele denken bei Glasblasen zuerst an Kunsthandwerk. Tatsächlich arbeiten wir hier aber oft im Bereich weniger Hundertstelmillimeter“, erklärt der Stuttgarter Gastechniker Frank Schreiber. „Gerade bei Vakuumzellen oder Atomdampfzellen muss jedes Detail stimmen, sonst funktionieren die Experimente später nicht. Präzisionsglastechnik erfordert jahrelange Erfahrung, die nur noch sehr selten zu finden ist. “ betont Tilman Pfau, Institutsleiter am 5. Physikalischen Institut.
Wenn Präzision über den Erfolg eines Experiments entscheidet
Besondere Aufmerksamkeit galt während des Besuchs den verschiedenen Bohr- und Schleifverfahren und den sogenannten Verbindungstchniken. Dabei werden Strukturen in unterschiedliche Materialien wie Glas, Quarz oder Silizium gefräst oder gebohrt und dauerhaft zu vakuumdichten Zellen verbunden. Solche Verfahren sind entscheidend für moderne Quantentechnologien, etwa wenn miniaturisierte Zellen für photonische Bauelemente oder Quantensensoren gefertigt werden.
Der Pariser Kollege Tom Chevry betont die Bedeutung des direkten Austauschs: „Jede Werkstatt entwickelt über Jahre ihre eigenen Kniffe. Wenn man gemeinsam arbeitet und zuschaut, lernt man Dinge, die man aus keiner Anleitung übernehmen kann.“ Besonders beeindruckt habe ihn die eine Stuttgarter Technik, mit der sich maßgeschneiderte Strukturen in die empfindlichen Glaszellen einarbeiten lassen.
Die Glasbläser arbeiten dabei in Stuttgart wie in Paris eng mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammen. Dieser enge intensive Austausch wäre mit Firmen gar nicht möglich hebt Tilman Pfau hervor. Oft entstehen neue Apparaturen in mehreren Iterationen – angepasst an immer anspruchsvollere Experimente der Quantenphysik. „Wir entwickeln die Bauteile praktisch gemeinsam mit den Forschenden“, sagt Frank Schreiber. „Manchmal gibt es weltweit nur wenige Werkstätten, die bestimmte Komponenten überhaupt herstellen können.“ berichtet Robert Löw, der die Experimente mit atomaren Dampfzellen am Institut in Stuttgart mit initiiert hat.
Für die Grundlagenforschung bleibt die Arbeit der Glastechniker unverzichtbar. Denn bevor Laserstrahlen auf Atome treffen oder Quanteneffekte sichtbar werden, braucht es oft zuerst eines: perfekt gefertigte Glaszellen.
Gewachsene Verbindungen zwischen Stuttgart und Paris
Dass der Austausch zwischen Stuttgart und Paris weit über eine rein technische Kooperation hinausgeht, zeigt auch die wissenschaftliche Verbindung zwischen beiden Instituten: Alban Urvoy, der sein Masterstudium an der Universität Stuttgart absolviert und am 5. Physikalischen Institut promoviert hat, ist heute Professor an der Sorbonne Université und hat den Kontakt seiner französischen Kollegen mit den Stuttgarter Kollegen aus Forschung und Werkstatt hergestellt. Heute forscht er in Paris zu Quantenoptik und Quantennetzwerken – und knüpft damit an wissenschaftliche Beziehungen an, die über viele Jahre gewachsen sind.
