Doppel-Doppelspalt mit Photonenzwillingen

Würzburger Quantenphysik-Konzept

V15 Doppel-Doppelspalt mit Photonenzwillingen

Malvern-Experiment Verschränkte Zustände

Glossar wissenschaftliche Experimente

(1) Ein parametrischer Konverter (Quelle von Photonenzwillingen) erzeugt nacheinander Photonenzwillinge. Jeder Zwilling besteht - klassisch gesprochen - aus zwei gleichzeitig ausgesandten, entgegengesetzten Photonen (1') und (2') [bzw., ein anderer, aus (1) und (2)], mit jeweils entgegengesetzt gleichen Impulsen. Von jedem Photonenzwilling läuft jeder der Partner gegen einen Doppelspalt, "seinen Doppelspalt". Solange der Photonenzwilling durch Messungen an einzelnen seiner Teilchen noch nicht "aufgebrochen" ist, existieren keine individuellen Photonen und man kann den Versuch nicht auffassen als zwei parallel ablaufende Doppelspalt-Versuche mit der üblichen "Ein-Teilchen-Interferenz". Ein-Teilchen-Interferenz für jeden Doppelspalt einzeln ist nicht zu beobachten. Ein Teilchen-Modell muss also bei der Analyse versagen.
Unter welchen Umständen ist dennoch Zwei-Teilchen-Interferenz möglich?

(2) Die besondere Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass der Photonenzwilling durch verschränkte Zustände beschrieben wird, deren einer Teil eher links, dessen anderer Teil eher rechts lokalisiert ist. Es muss also ein Experiment entwickelt werden, das gleichzeitig für beide Anteile des verschränkten Zustands Interferenz erzeugt. (3) Der Versuch hängt mit einem anderen sehr eng zusammen, bei dem durch die nach links entweichenden Photonen versucht werden soll, eine Information zu erhalten, durch welchen Spalt die nach rechts entweichenden Photonen gehen um hinter dem rechten Doppelspalt ein Interferenzmuster zu erzeugen. Da es wegen der Komplementarität ausgeschlossen ist, gleichzeitig Welcher-Weg-Information und Doppelspalt-Interferenz zu erhalten, kann dieser Versuch nicht gelingen, selbst dann nicht, wenn die WWI real gar nicht gewonnen, aber doch möglich ist.

(4) Um hier Doppelspalt-Interferenz zu erhalten, muss WWI explizit unterdrückt oder "vernichtet" werden. Dies gelingt, wenn auch die links entweichenden Photonen einen Doppelspalt durchlaufen, und wenn die beiden Ereignisse "Nachweis eines Photons hinter dem linken DS" und "Nachweis eines Photons hinter dem rechten DS" in Koinzidenz (also gleichzeitig) gemessen werden. Details dazu findet man hier.

E 1. Es ist nicht möglich, den Versuch als zwei parallel ablaufende einfache Doppelspalt-Versuche aufzufassen. Das hängt damit zusammen, dass hier ein Zwei-Teilchen-Zustand vorhanden vorliegt, der ohne eine Messung nicht als zwei einzelne Teilchen aufgefasst werden kann.
2. Es ist auch mit Tricks nicht möglich, Welcher-Weg-Information und Doppelspalt-Interferenz gleichzeitig zu gewinnen.

Realisiserung des Versuchs im Malvern-Experiment.

	(1) Ein parametrischer Konverter (Quelle von Photonenzwillingen) erzeugt nacheinander Photonenzwillinge. Jeder Zwilling besteht - klassisch gesprochen - aus zwei gleichzeitig ausgesandten, entgegengesetzten Photonen (1') und (2') [bzw., ein anderer, aus (1) und (2)], mit jeweils entgegengesetzt gleichen Impulsen. Von jedem Photonenzwilling läuft jeder der Partner gegen einen Doppelspalt, "seinen Doppelspalt". Solange der Photonenzwilling durch Messungen an einzelnen seiner Teilchen noch nicht "aufgebrochen" ist, existieren keine individuellen Photonen und man kann den Versuch nicht auffassen als zwei parallel ablaufende Doppelspalt-Versuche mit der üblichen "Ein-Teilchen-Interferenz". Ein-Teilchen-Interferenz für jeden Doppelspalt einzeln ist nicht zu beobachten. Ein Teilchen-Modell muss also bei der Analyse versagen. Unter welchen Umständen ist dennoch Zwei-Teilchen-Interferenz möglich?
(2) Die besondere Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass der Photonenzwilling durch verschränkte Zustände beschrieben wird, deren einer Teil eher links, dessen anderer Teil eher rechts lokalisiert ist. Es muss also ein Experiment entwickelt werden, das gleichzeitig für beide Anteile des verschränkten Zustands Interferenz erzeugt.	(3) Der Versuch hängt mit einem anderen sehr eng zusammen, bei dem durch die nach links entweichenden Photonen versucht werden soll, eine Information zu erhalten, durch welchen Spalt die nach rechts entweichenden Photonen gehen um hinter dem rechten Doppelspalt ein Interferenzmuster zu erzeugen. Da es wegen der Komplementarität ausgeschlossen ist, gleichzeitig Welcher-Weg-Information und Doppelspalt-Interferenz zu erhalten, kann dieser Versuch nicht gelingen, selbst dann nicht, wenn die WWI real gar nicht gewonnen, aber doch möglich ist.
(4) Um hier Doppelspalt-Interferenz zu erhalten, muss WWI explizit unterdrückt oder "vernichtet" werden. Dies gelingt, wenn auch die links entweichenden Photonen einen Doppelspalt durchlaufen, und wenn die beiden Ereignisse "Nachweis eines Photons hinter dem linken DS" und "Nachweis eines Photons hinter dem rechten DS" in Koinzidenz (also gleichzeitig) gemessen werden. Details dazu findet man hier.