physikBlick #1: Quantenradierer

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Kommentare

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Und wir beginnen mit einem Experiment zum Quantenradierer.

Zum Verständnis des Quantenradierers ist es wichtig, das Doppelspalt-Experiment verstanden zu haben. Im Film “What the Bleep do we know?” wird das Phänomen des Doppelspaltes gut erklärt, leider nur in englisch. Eine kurze Erklärung ist in den Fußnoten1 zu finden.

polarisations-resultat-mit_vergroserung.jpgMuster auf dem Schirm (keine Interferenz)

Beim Quantenradierer ist der Versuchsaufbau nun so, dass wir anstatt eines Doppelspaltes einen einfachen, dünnen Draht verwenden, an dessen Rändern das Licht des LASERs vorbeigeht. Rechts und Links des Drahtes sind Polarisationsfilter2 angebracht, die dafür sorgen, dass das Licht einmal horizontal und einmal vertikal polarisiert wird3. Wir haben uns nun eine Information verschafft, ob das Photon rechts oder links des Drahtes vorbeigeht – je nach dem ist es horizontal oder vertikal polarisiert.

polarisations-polarisations-resultat-mit_vergroserung.jpgInterferenzmuster entsteht nach weiterer Polarisation

Durch einen weiteren Polarisationsfilter, der diagonal steht, also im 45°-Winkel zu den beiden Filtern vorher, kommt sowohl ein Teil des horizontal und ein Teil des vertikal polarisierten Lichts durch, die aber beide danach diagonal polarisiert sind. Es ist jetzt nicht mehr zu unterscheiden, ob das Licht rechts oder links vom Draht vorbeigegangen ist.

Das Video zum Experiment:

DirektphysikBlick
Und wer alle “Polarisation” zählt, erhält von uns ein Lichtquant. Geschenkt!

Interessant dabei ist vor allem die folgende Vorstellung für ein einzelnes Photon: Das Photon ist zunächst an beiden Seiten des Drahtes gleichzeitig vorbeigeflogen. Durch die unterschiedliche Polarisation haben wir uns eine Information darüber beschafft, welchen Weg das Photon genommen hat, es hat sich also entscheiden müssen und konnte nicht mehr beide Seiten gleichzeitig passiert haben.
Ein später angebrachter Polarisationsfilter hat diese Information wieder verworfen. Das Interferenzmuster tritt wieder auf, was bedeutet, dass das Photon an beiden Seiten gleichzeitig vorbeigeflogen sein muss. Wir haben also durch die Veränderung des Versuchsaufbaus eine “Entscheidung” des Photons, die in der Vergangenheit liegt, beeinflusst.

Mehr Informationen in der Spektrum der Wissenschaft, aus der wir die Anregung zu diesem Experiment hatten (Danke vor allem an Prof. Feld für den Hinweis). Artikel als PDF.

Ein paar Impressionen vom Experimentieren:

img_5439-large.JPGAndré findet den Laser klasse! (Klasse 2)
img_5438-large.JPGBei der Arbeit. Sicherheitsbestim- mungen nach ISO-1337 wurden eingehalten.
img_5445-large.JPGDas Playmobil-THW- Männchen wird zum THWminator umgebaut. Es verfügt über einen Laserarm.
img_5464-large.JPGDer reguläre Doppelspaltversuch. Im Hintergrund: Wand.
 
img_5465-large.JPGNa, seht ihr die Photonen fliegen?
img_5476-large.JPGUnser Versuchsaufbau im Dämmerlicht.
img_5482-large.JPGDieser Laser leuchtet rot.
 
  1. Wenn Licht durch einen hinreichend kleinen Doppelspalt fällt so entstehen auf einem dahinter gelegenen Schirm keine zwei Striche (wie es klassisch zu erwarten wäre), sondern viele Striche – das sog. Interferenzmuster. Stellt man sich Licht als Welle vor, also wie z.B. eine Wasserwelle, ist das Ergebnis durch Überlagerung der Wellenbäuche zu erklären: an bestimmten Stellen löschen sich die Erhebungen immer aus, so dass keine Intensität zu messen ist (destruktive Interferenz) und an anderen verstärken sie sich, so dass Intensität zu messen ist (konstruktive Interferenz).
    Da das Licht aber sowohl als Welle, als auch als Teilchen betrachtet werden kann, muss auch eine Erklärung für die Teilchen her. Denn schickt man einzelne Photonen durch den Doppelspalt, tritt ebenfalls das Interferenzmuster auf. Dies ist dadurch zu erklären, dass die Photonen sowohl durch den einen, als auch durch den anderen Spalt gehen. Allerdings nur, so lange sie nicht dabei beobachtet werden – verschaffen wir uns eine Information darüber, welchen Weg das einzelne Photon genommen hat, erlischt das Interferenzmuster. []
  2. Für das Verständnis ist nur wichtig zu wissen, das Licht, dass z.B. horizontal polarisiert wurde und anschließend vertikal polarisiert werden soll, komplett reflektiert wird, also nichts durchgeht. []
  3. die Bezeichnung ist hier komplett willkürlich, wichtig ist nur, dass die Richtungen senkrecht zueinander sind []
Kurzlink
Kategorien: Erklärbär, Experimentatives, physikBlick

4 Antworten auf physikBlick #1: Quantenradierer

  1. chris sagt:
    #1

    jeah das THW Männchen und der “Zaun” im halbdunklen… sehr schön…
    und auch nen super Video ;)

    btw: physikblick?!

  2. André sagt:
    #2

    Anlehnung an “Trackback, die Show mit Spreeblick“.

    Und natürlich Danke!

  3. Thomas sagt:
    #3

    Und als nächstes könnt ihr das hier machen:

    http://faculty.washington.edu/jcramer/Nonlocal_2007.pdf

    Kommunikation mit der vergangenheit. Beruht im grunde auf dem gleichen effekt glaube ich.

  4. Christoph sagt:
    #4

    Genial, ich hab bisher nur von diesem Experiment gehört/gelesen, was auch immer, jedenfalls hab ichs noch nie gesehen. Viele Dank.

  1. Pingback: Gesucht: sexy Frauenstimme at Arrrrrr, physikBlog!