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Quantenphysik: Zuwachs für den Doppelspalt

Experimente mit einem Drei­fachspalt statt der klassischen Variante mit zwei Schlitzen offenbaren subtile und meist übersehene Aspekte der Quantenmechanik.
Visualisierung des Verhaltens von Wellen, die auf zwei Öffnungen treffen und nach dem Durchtreten interferieren. Materie verursacht ebenfalls Interferenzmuster, was ihre Wellennatur belegt.Laden...

Der Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman hielt große Stücke auf das Doppelspaltexperiment: Diesem wohne »das ganze Geheimnis der Quantenmechanik« inne. Bei dem von dem britischen Universalgelehrten Thomas Young erstmals 1801 vorgeschlagenen Versuch trifft Licht auf eine Wand mit zwei Schlitzen. Dahinter fällt es auf einen Schirm und erzeugt ein Interferenzmuster, das heißt abwechselnd helle und dunkle Streifen. So ein Bild kann nur entstehen, wenn sich Schwingungen gegenseitig verstärken oder auslöschen. Youngs Experiment schien zu beweisen, dass Licht eine Welle und kein Teilchen ist.

Doch das ist nur die halbe Geschichte. Ein Jahrhundert später wurde klar, dass elektromagnetische Strahlung trotz ihres Wellencharakters in kleinen Portionen übertragen wird. Dafür sind Photonen verantwortlich, also Teilchen. Physikern gelang es schließlich, diese einzeln auf einen Doppelspalt zu schicken. Aber auch in dem Fall entsteht nach und nach ein Muster, als hätten die Photonen mit sich selbst interferiert. Noch merkwürdiger wird es, sobald man mit einem Detektor feststellt, welchen Weg jedes einzelne durchläuft. Dann verschwindet das Muster, und man erhält zwei Linien auf dem Bildschirm. Das wäre wiederum von Teilchen zu erwarten und nicht von Wellen – als ob der Akt der Messung die Natur des Lichts verändert hätte.

Weil der Versuch einerseits prinzipiell so einfach aufgebaut ist, andererseits aber die grundlegenden Paradoxien der Quantenmechanik offenbart, ist er wohl einer der faszinierendsten Zugänge zur Quantenwelt überhaupt …

April 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft April 2020

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  • Quellen

Rengaraj, G. et al.: Measuring the deviation from the superposition principle in interference experiments. New Journal of Physics 20, 2018

Sawant, R. et al.: Nonclassical paths in quantum interference experiments. Physical Review Letters 113, 2014Sinha, U. et al.: Ruling out multi-order interference in quantum mechanics. Science 329, 2010