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Wesenszüge der Quantenphysik anhand moderner Experimente

Wesenszüge der Quantenphysik anhand moderner Experimente. Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik. 0. Was ist wesentlich? 1. Stochastisches Verhalten 2. Interferenzfähigkeit 3. Verhalten bei einer Messung 4. Komplementarität 5. Nichtlokalität. Inhalt.

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Wesenszüge der Quantenphysik anhand moderner Experimente

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Presentation Transcript

  1. Wesenszüge der Quantenphysik anhand moderner Experimente Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik

  2. 0. Was ist wesentlich? 1. Stochastisches Verhalten 2. Interferenzfähigkeit 3. Verhalten bei einer Messung 4. Komplementarität 5. Nichtlokalität Inhalt Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik

  3. Schrödingergleichung? Hilbertraum? Was ist wesentlich an der QP? Was unterscheidet die Quantenphysik von der klassischen Physik? Gibt es Überraschendes, Ungewohntes, Merkwürdiges?

  4. Klick! Detektor Man kann die „Aliens“ nicht sehen. Wir bekommen nur indirekt Informationen über sie. Das Wesentliche an der QP? Und zwar über Messungen, z.B. des Orts

  5. Wir nennen die Aliens „Quantenobjekte“. Dazu gehören Das Wesentliche an der QP? • Elektronen, • Photonen, • Atome, • Moleküle, • magnetische Kristalle, • supergekühlte Ringe, • wir?

  6. Wir wissen nicht, was Elektronen wirklich sind: Teilchen? Wolken? Wellen? Wir wissen nicht, was Aliens „wirklich“ sind: Fische? Löwen? Saurier? Das Wesentliche an der QP?

  7. Es ist aber auch nicht die Aufgabe der Physik, • zu klären, was etwas „wirklich“ ist. • Was ist Licht wirklich? • Es bewährt sich, Licht so zu behandeln, • als bestünde es aus • Lichtstrahlen (Reflexion, Brechung) • Wellen (Interferenz) • Teilchen (Fotoeffekt) Die Aufgabe der Physik

  8. Vorstellungen, Gesetzmäßigkeiten Die physikalische Erkenntnisweise Erklären und Vorhersagen Syste- matisch unter- suchen Beobachtungen und Messergebnisse

  9. Die physikalische Erkenntnisweise Vorstellungen, Gesetzmäßigkeiten Erklären und Vorhersagen Syste- matisch unter- suchen Messergebnisse

  10. Wir konzentrieren uns zunächst auf die Phänomene: Syste- matisch unter- suchen Messergebnisse

  11. 0. Was ist wesentlich? 1. Stochastisches Verhalten 2. Interferenzfähigkeit 3. Verhalten bei einer Messung 4. Komplementarität 5. Nichtlokalität Inhalt Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik

  12. Wir lassen sie durch mehrere Spalte gehen. Versuche mit Quantenobjekten

  13. C60-Molekül Ein Beispiel: Das Fulleren-Experiment von Zeilinger et al. [1999]

  14. C60-Molekül Das Fulleren-Experiment

  15. Das Fulleren-Experiment

  16. Das Fulleren-Experiment Fotos von Zeilinger et al. über W.Hirlinger

  17. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  18. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  19. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  20. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  21. Wesenszug: Stochastisches Verhalten Der Auftreffpunkt kann nicht vorhergesagt werden. (Mögliche Gründe dafür: später)

  22. Ist der Name „Wesenszug“ berechtigt?Ja!Stochastisches Verhalten beobachtet man in vielerlei Experimenten.

  23. Das Fulleren-Experiment Fotos von Zeilinger et al. über W.Hirlinger

  24. Weitere Beispiele: • Radioaktiver Zerfall

  25. 48 100 52 • Weitere Beispiele: • Radioaktiver Zerfall • Transmission und Reflexion von Lichtquanten am Strahlteiler

  26. Weitere Beispiele: • Radioaktiver Zerfall • Transmission und Reflexion von Lichtquanten am Strahlteiler • Lichtquanten am Polarisationsfilter Transmission: cos2() Absorption: sin2() φ

  27. 0. Was ist wesentlich? 1. Stochastisches Verhalten 2. Interferenzfähigkeit 3. Verhalten bei einer Messung 4. Komplementarität 5. Nichtlokalität Inhalt Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik

  28. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  29. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  30. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  31. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  32. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte:

  33. Statt vielen Spalten nur zwei Spalte: Wesenszug: Interferenz- fähigkeit

  34. Ist der Name „Wesenszug“ berechtigt?Ja!Interferenzmuster beobachtet man in vielerlei Experimenten.

  35. Interferometer mit einzelnen Photonen

  36. Interferometer mit einzelnen Photonen

  37. Streuung von Elektronen an Löchern Mit Gold zugewachsenes Mikrosieb

  38. Pfau et al., Univ. Konstanz (1994) Beugung von Atomen

  39. Atom-Interferometer Dürr, Nonn, Rempe (1998)

  40. Beugung an Kristallen

  41. θ 12C 12C Streuversuche Zahl der Detektionen (geglättet)

  42. Streuversuche

  43. 0. Was ist wesentlich? 1. Stochastisches Verhalten 2. Interferenzfähigkeit 3. Verhalten bei einer Messung 4. Komplementarität 5. Nichtlokalität Inhalt Küblbeck, Wesenszüge der Quantenphysik

  44. Doppelspalt-Experiment: Ortsmessung an den Spalten

  45. Gedankenexperiment von Scully et al. (1991): H1 Atomofen H2 Anregungslaser

  46. Ergebnis: • Nie stellt man fest, dass • beide Detektoren anschlagen oder dass • keiner der Detektoren anschlägt.

  47. Wesenszug: Verhalten bei einer Messung Messergebnisse sind stets eindeutig.

  48. Interferometer mit einzelnen Photonen

  49. Photonen-“Spaltung“ Nichtlinearer Kristall

  50. Photonen-“Spaltung“ Nichtlinearer Kristall

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