10. – 13. Schuljahr

Glossar zur Quantenphysik

Zentrale Begriffe kurz erläutert

Information
Bunching
Photonen sind Bosonen. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Photon in einem Zustand zu finden, mit der Anzahl von Photonen steigt, die schon in diesem Zustand sind. Darauf basiert die Funktion des Lasers.
Eine Konsequenz ist auch, dass die im Unterricht üblicherweise verwendeten thermischen Lichtquellen Photonen in sog. bunches aussenden: Auf eine Folge fast gleichzeitig ausgesandter Photonen folgen mehr oder weniger lange emissionsfreie Phasen. In ➞ Koinzidenzexperimenten führt das dazu, dass man wesentlich häufiger Koinzidenzen registriert, als nach dem Zufall zu erwarten.
Das Bunching lässt sich auch durch starke Abschwächung des Lichtes nicht beseitigen!
  • Walter, Th.; Walther, H.: Was ist Licht. München: C. H. Beck: 2004, S. 97 ff.
Ensemble-Erfahrung
Interferenz-Experimente mit gleichartig präparierten Quantenobjekten ergeben identische Muster, unabhängig davon, ob man
  • in einem Experiment sehr viele Objekte gleichzeitig verwendet,
  • einzelne Objekte verteilt über lange Zeit nacheinander in die Apparatur bringt oder
  • jeweils nur wenige Objekte in Experimenten an verschiedenen Orten verwendet und die Messergebnisse anschließend vereint.
„Knallertest
Um die ➞ Welcher-Weg-Experimente klarer darzustellen, wurde der „Knallertest entworfen. Man führt gedanklich in einen der beiden Pfade eines Interferometers eine Glaskugel ein, die mit einem Gas gefüllt ist. Dieses Gas sei so beschaffen, dass es durch ein einzelnes Photon bereits zur Explosion gebracht werden kann. Nun kann man analog zum Schulexperiment zeigen, dass in einem relevanten Prozentsatz der Experimentier-Durchgänge die Kugel nicht explodiert, aber dennoch der Interferenzdetektor anspricht und damit die Existenz der Kugel mithilfe eines Photons verrät, welches das Gas in der Kugel nie „gesehen hat.
  • Schulexperiment in Kasten 4 im fachlichen Basisartikel.
Koinzidenz
Um nachzuweisen, dass Quantenobjekte sich an Strahlteilern nicht teilen und ggf. tatsächlich einzeln unterwegs sind, bringt man in jedem der denkbaren Pfade einen Detektor an und schaltet diese Detektoren über ein UND-Glied so zusammen, dass Impulse nur registriert werden, wenn beide (ggf. mindestens zwei) Detektoren gleichzeitig ansprechen Ein solches Ereignis nennt man Koinzidenzereignis.
Der Nachweis für einzelnes Auftreten bzw. Unteilbarkeit gilt als erbracht, wenn Koinzidenzen deutlich seltener auftreten, als das durch Zufall zu erklären wäre idealerweise, wenn keine Koinzidenz auftritt.
  • Versuchskarteikarte „Koinzidenzmessung
Komplementarität
Als komplementär zueinander bezeichnet man zwei Messgrößen, die nicht gleichzeitig mit beliebig geringer Messunsicherheit bestimmt werden können. Dies sind z.B. Ort und Impuls. (➞ Unbestimmtheit)
  • Abschnitt 3.6 in „Quantenobjekte mit Ruhemasse zuerst
Nachweiswahrscheinlichkeit
Quantenphysikalische Experimente erlauben nur Wahrscheinlichkeitsaussagen. Wir bevorzugen den Begriff Nachweiswahrscheinlichkeit, weil er einerseits deutlich macht, dass zu einer sachgerechten Beschreibung eines Experiments immer der Detektor gehört. Der oft verwendete Begriff Aufenthaltswahrscheinlichkeit dagegen ist geeignet, Fehlvorstellungen zu unterstützen. In der Regel ist ja gerade der Ort eines Quantenobjekts nicht bestimmbar.
Nichtlokalität
Die möglichen Beobachtungen in einem Experiment liegen erst dann fest, wenn der gesamte Versuchsaufbau beschrieben wurde. In Delayed-Choice-Experimenten (➞ Welcher-Weg-Information) etwa oder in verschränkten Systemen (➞ Verschränkung) wird deutlich, dass die Veränderung an einem Element des Experiments den Ausgang auch dann noch beeinflusst, wenn nach klassischer Auffassung das Quantenobjekt dieses Element längst passiert hat.
  • Kasten 3 und Kasten 4 im fachlichen Basisartikel
Pfad
Als Pfad bezeichnen wir jede, in den Teilabschnitten geradlinige, klassisch denkbare Verbindung von Quelle über Medium zum...

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