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Quantenradierer
Kapitel 5 Experimentieranleitung
Zunächst sei noch einmal darauf hingewiesen, dass dieses Experiment ein Analogie-
Experiment zum „echten Quantenradierer" darstellt, da es auch rein klassisch erklärt
werden kann. Ansonsten müsste man tatsächlich Einzelphotonen verwenden, bei denen
die klassische Physik schließlich versagt. Man kann das Experiment aber trotzdem mit
quantenmechanischen Prinzipien und Termini beschreiben. Den Übergang zum einzelnen
Photon kann man schließlich gedanklich durchführen.
Der Quantenradierer dient dazu, einige grundlegende quantenmechanische Prinzipien
und „Mysterien" anschaulich zu machen, wie z.B. Komplementarität oder den
quantenmechanischen Messprozess im Zusammenhang mit Interferenzphänomenen.
Die beiden möglichen Pfade im Interferometer repräsentieren zwei Möglichkeiten für ein
Photon, sich zu bewegen. Man hat also ein typisches Welcher-Weg Problem. Die beiden
Polarisatoren werden genutzt um die Pfade zu markieren, d.h. sie unterscheidbar zu
machen.
5.1
Experiment
1:
Welcher-Weg
Information
in
der
Quantenphysik
Setzen Sie einen Polarisator in jeden Arm des Interferometers und stellen Sie die
Polarisationsebene bei beiden in gleicher Orientierung ein.
Sie sollten weiterhin Interferenzringe auf beiden Schirmen sehen. Man stelle sich nun vor,
dass jeweils nur ein einziges Photon durch den Aufbau läuft. Man drückt das oft so aus,
dass das Photon „mit sich selbst" interferiert. Quantenmechanisch gesehen bedeutet das,
dass der Zustand des Photons eine Überlagerung der beiden Zustände „Photon befindet
sich in Pfad 1" und „Photon befindet sich in Pfad 2" ist. Die Wahrscheinlichkeit für beide
Möglichkeiten ist jeweils 50%. Das Intensitätsmuster, das man also am Schirm
beobachten kann, nachdem viele einzelne Photonen den Aufbau durchlaufen haben, d.h.
die Wahrscheinlichkeitsverteilung dieser Photonen, stellt sich als Interferenzmuster
heraus (s. Abbildung 12). Wir wissen nicht, „welchen Weg es genommen hat", da beide
Wege ununterscheidbar sind.
Verdrehen Sie nun einen der Polarisatoren um 90°. Da die Welcher-Weg Information aber
in der Polarisationsrichtung enthalten ist, gewinnen wir die Information über den Weg, den
das Photon genommen hat. Dies resultiert im Verschwinden des Interferenzmusters, da
die beiden Wege nun unterscheidbar sind. Auf dem Schirm erscheint eine
Intensitätsverteilung ohne Interferenzmuster (s. Abbildung 13).
Wenn das Interferenzmuster nicht vollständig verschwindet, obwohl man die Polarisatoren
auf 0° und 90° eingestellt hat, dann wird das meistens dadurch verursacht, dass die
Polarisatorfilme nicht in der richtigen Orientierung zueinander im Mount gehalten werden.
Eventuell sollten sie die entsprechenden Schritte in Kapitel 4.2 noch einmal prüfen.
Rev E, February 21, 2018
Seite 23
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