Das Doppelspaltexperiment
14.06.2022 um 12:53Es ist bereits 220 Jahre her, als der englische Augenarzt und Physiker Thomas Young das Doppelspaltexperiment zum ersten mal durchführte. Und dennoch ist dieses Experiment auch heute noch geeignet, neue Erkenntnisse aus der Quantenwelt zu gewinnen.
Was hat man nicht schon alles durch die beiden Spalten gejagt, angefangen von Photonen über Elektronen, bis hin zu Atomen und ganzen Molekülen. Mit jedem Test wurde die "klassische Quantenphysik" aufs neue bestätigt, und dennoch blieb aufgrund der statistischen Natur immer noch etwas Raum für alternative Interpretationen.
Doch dieser Raum ist seit ein paar Tagen kleiner geworden, denn Forschern von der Technischen Universität Wien ist etwas gelungen, was zuvor noch nie gelungen ist. Normalerweise werden für das Doppelspaltexperiment mehrere Teilchen benötigt, um den Welle-Teilchen-Dualismus und die Quanten-Überlagerung zu belegen. Okay, man hat natürlich auch früher schon einzelne Teilchen verwendet, aber für eine Interpretation musste das Experiment mehrfach wiederholt werden.
https://www.scinexx.de/news/physik/doppelspalt-experiment-mit-nur-einem-teilchen/
Dank einer neu entwickelten Metode ist dies nun auch mit einem Teilchen möglich, in diesem Fall ein Neutron, dessen Quantenwelle mittels eines geeignetten Kristalls aufgespalten wird.
Hier zunächst mal ein Bild vom Versuchsaufbau, ist zwar nicht viel zu erkennen, aber für einen ersten Eindruck isses okay:
Original anzeigen (0,9 MB)
Nachdem nun die Quantenwelle aufgespalten wurde, durchlaufen beide Teilwellen zunächst unterschiedliche Pfade (äquivalent zu den beiden Spalten). Bei einem Pfad wird der Spin der Welle über ein Magnetfeld verändert (gedreht), beim anderen nicht.
Am Ziel werden beide Teilwellen wieder überlagert, und ein weiteres Magnetfeld richtet den Spin wieder auf die ursprüngliche Richtung aus. Nach einer Messung kann man über den Grad der Auslenkung feststellen, ob das Teilchen nun beide, oder nur einen Pfad genutzt hat.
Wäre das Neutron nur auf dem Pfad mit dem Magnetfeld unterwegs gewesen, wäre für die Rückdrehung der volle Drehwinkel notwendig. Auf dem anderen Pfad wäre gar keine Rückdrehung notwendig.
Und wie sich rausgestellt hat, war das Neutron immer zu einem Drittel auf dem einen Pfad, und zu zwei Dritteln auf dem anderen Pfad unterwegs, womit mal wieder die Quantenüberlagerung belegt wäre, diesmal jedoch nur mit einem einzigen Teilchen.
Ich gebe zu, dass ich das auch nach mehrmaligen lesen wohl noch immer nicht vollumfänglich verstanden habe. Daher ist meine Beschreibung auch mit Vorsicht zu genießen, kann sein das sich da Fehler eingeschlichen haben.
Prinzipiell habe ich immer noch nicht verstanden, ob es zulässig ist, etwas zu teilen, und dann beide Teile wie ein einziges Teil zu betrachten. Oder anders ausgedrückt: wenn ich nur eine der beiden Teilwellen durch ein Magnetfeld schicke, brauche ich mich doch nicht zu wundern, dass auch nur bei einer Teilwelle die Richtung des Spins verändert wurde!?
Da muss ich wohl nochmal drüber nachdenken....
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Was hat man nicht schon alles durch die beiden Spalten gejagt, angefangen von Photonen über Elektronen, bis hin zu Atomen und ganzen Molekülen. Mit jedem Test wurde die "klassische Quantenphysik" aufs neue bestätigt, und dennoch blieb aufgrund der statistischen Natur immer noch etwas Raum für alternative Interpretationen.
Doch dieser Raum ist seit ein paar Tagen kleiner geworden, denn Forschern von der Technischen Universität Wien ist etwas gelungen, was zuvor noch nie gelungen ist. Normalerweise werden für das Doppelspaltexperiment mehrere Teilchen benötigt, um den Welle-Teilchen-Dualismus und die Quanten-Überlagerung zu belegen. Okay, man hat natürlich auch früher schon einzelne Teilchen verwendet, aber für eine Interpretation musste das Experiment mehrfach wiederholt werden.
https://www.scinexx.de/news/physik/doppelspalt-experiment-mit-nur-einem-teilchen/
Dank einer neu entwickelten Metode ist dies nun auch mit einem Teilchen möglich, in diesem Fall ein Neutron, dessen Quantenwelle mittels eines geeignetten Kristalls aufgespalten wird.
Hier zunächst mal ein Bild vom Versuchsaufbau, ist zwar nicht viel zu erkennen, aber für einen ersten Eindruck isses okay:
Original anzeigen (0,9 MB)Nachdem nun die Quantenwelle aufgespalten wurde, durchlaufen beide Teilwellen zunächst unterschiedliche Pfade (äquivalent zu den beiden Spalten). Bei einem Pfad wird der Spin der Welle über ein Magnetfeld verändert (gedreht), beim anderen nicht.
Am Ziel werden beide Teilwellen wieder überlagert, und ein weiteres Magnetfeld richtet den Spin wieder auf die ursprüngliche Richtung aus. Nach einer Messung kann man über den Grad der Auslenkung feststellen, ob das Teilchen nun beide, oder nur einen Pfad genutzt hat.
Wäre das Neutron nur auf dem Pfad mit dem Magnetfeld unterwegs gewesen, wäre für die Rückdrehung der volle Drehwinkel notwendig. Auf dem anderen Pfad wäre gar keine Rückdrehung notwendig.
Und wie sich rausgestellt hat, war das Neutron immer zu einem Drittel auf dem einen Pfad, und zu zwei Dritteln auf dem anderen Pfad unterwegs, womit mal wieder die Quantenüberlagerung belegt wäre, diesmal jedoch nur mit einem einzigen Teilchen.
Ich gebe zu, dass ich das auch nach mehrmaligen lesen wohl noch immer nicht vollumfänglich verstanden habe. Daher ist meine Beschreibung auch mit Vorsicht zu genießen, kann sein das sich da Fehler eingeschlichen haben.
Prinzipiell habe ich immer noch nicht verstanden, ob es zulässig ist, etwas zu teilen, und dann beide Teile wie ein einziges Teil zu betrachten. Oder anders ausgedrückt: wenn ich nur eine der beiden Teilwellen durch ein Magnetfeld schicke, brauche ich mich doch nicht zu wundern, dass auch nur bei einer Teilwelle die Richtung des Spins verändert wurde!?
Da muss ich wohl nochmal drüber nachdenken....
