Schulversuche zum Dualismus des Lichts

1. Schulversuche zum Dualismus des Lichts Die drei Demonstrationsexperimente helfen im Physik-Unterricht der Oberstufe den Themenkomplex Quantenphysik begreifbar zu machen. Bewusst werden in den Aufbauten Alltagsgegenstände (z.B. Aktiv-Boxen) verwendet. Untersuchungsobjekt ist das kohärente Licht eines Lasermodul Je nach Curriculum-Planung eignet sich eines der beiden ersten Experimente zum Einstieg in das Themengebiet. Das jeweils andere kann zum Übergang in den komplementären Teilbereich verwendet werden. Eine experimentelle Gesamtdarstellung der charakteristischen Aspekte der Quantenphysik ermöglicht das dritte Experiment. 1. Der Teilchencharakter: Hörbarmachen einzelner Photonen Das Laserlicht wird durch mehrere Graufilter so stark abgeschwächt, dass nur noch einzelne Photonen den gegen Streulicht abgeschirmten Photomultiplier erreichen. Diese Photonen werden mit Hilfe einer Elektronik in Signale umgewandelt, welche mit Aktiv-Boxen hörbargemacht werden. 2. Der Wellencharakter: Das klassische Doppelspaltexperiment Der Laserstrahl wird am Doppelspalt gebeugt und mit Hilfe einer Linse aufgeweitet. Auf dem Schirm ist dann das bekannte Interferenzmuster deutlich sichtbar. Interferenzmuster beim Doppelspalt aufgenommen mit der CCD-Kamera 3D-Intensitätsverteilung 3. Der Dualismus des Lichts: Das Doppelspaltexperimentmit einzelnen Photonen Der Laserstahl wird durch mehrere Graufilter abgeschwächt und am Doppelspalt gebeugt.Das aus den Lichtpunkten einzelner Photonen entstehende Interferenzmuster wird mit einer CCD-Kamera aufgenommen. Diese Kamera kann dank eines Bildverstärkers die Auftreffpunkte der Photonen visualisieren. Stochastisch ist keine Vorhersage über den jeweils nächsten Auftreffpunkt möglich. Die Gesamtheit der Auftreffpunkte ergibt das Interferenzmuster. Also erzeugen stochastisch verteilte Teilchen ein für die Wellencharakteristik typisches Muster. WinSIS-Oberfläche Zur Kamera-Steuerung, Visualisierung und Auswertung der Bilder wird das Programm WinSIS der Firma Theta-System verwendet. Christian Vogl, christianvogl@gmx.de Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, Institut für Physik, Experimentelle Teilchen-& Atomphysik (ETAP) ; Staudingerweg 7, 55099 Mainz ; www.physik.uni-mainz.de Die Experimente basieren auf einer Ausstellungsarbeit zum „Jahr der Physik 2000“ von R. Wynands und A.Weis, Institut für angewandte Physik der Universität Bonn