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Zusammenfassung des Doppelspalt-Experiments: Beim Doppelspalt-Experiment mit Teilchen wird ein Teilchenstrahl auf eine Wand mit zwei Spalten gerichtet. Wenn die einzelnen Spalte sehr eng sind, entstehen hinter der Wand zwei weit aufgefächerte, sich überlappende Teil-Strahlen. Im Überlappungsbereich zeigt die Teilchendichte ein Interferenzmuster, obwohl die Einzelstrahlen keine beobachtbare Wellenstruktur zeigen.
Die Teilchenstrahlen wurden als dünn besetzt angenommen. In dünn besetzten Strahlen bewegt sich jedes Teilchen im wesentlichen so, als ob es ganz alleine wäre. Wir schließen also eine mögliche Wechselwirkung der Teilchen untereinander als Ursache des Interferenzphänomens aus.
| Das Interferenzmuster kommt nicht durch Wechselwirkung der Teilchen im Strahl zustande. |
Im dünn besetzten Teilchenstrahl bewegt sich jedes Teilchen so, als ob es allein unterwegs wäre. Was ist, wenn wir das Experiment wirklich mit einzelnen Teilchen machen?
Wir schicken nun einzelne Teilchen gegen die Wand mit dem Doppelspalt. Für jedes Teilchen werden alle Einzelheiten des Experiments exakt wiederholt, sodaß jedes Teilchen unter den exakt gleichen Bedingungen losgeschickt wird.
Hinter dem Schirm werden diejenigen Teilchen, die den Doppelspalt passiert haben, einzeln registriert.
Das erste Teilchen wird an einer bestimmten Stelle gefunden...
Das zweite Teilchen wird an irgendeiner anderen Stelle registriert...
Egal, wie genau man die Bedingungen des Experiments reproduziert, die festgestellten Orte der Teilchen sind gänzlich zufällig. Mehr noch: Wenn wir ein Teilchen registrieren, können wir nicht sagen, durch welchen der beiden Spalte es gegangen ist.
| Wir können über den Weg eines einzelnen Teilchens nichts aussagen! Die Teilchenorte sind zufällig verteilt. |
Wenn man aber genügend viele solche Einzelteilchenexperimente durchführt, sieht man in der Verteilung der gefundenen Orte wieder das Interferenzmuster.
| Das Interferenzmuster entsteht durch Aufsummieren von Einzelteilchenereignissen. Interferenz ist ein Einzelteilchenphänomen. |
Bei extrem dünn besetzten Teilchenstrahlen liegt genau diese Situation vor. Ein Teilchen ist de facto schon im Detektor verschwunden, bevor das nächste von der Teilchenquelle ausgesendet wird. Zu jeder Zeit ist mit hoher Wahrscheinlichkeit nur ein einziges Teilchen unterwegs.
Zur Beobachtung von Interferenzmustern in dieser Situation muss man nur genügend lange warten, und die hinter den Schirm gelangenden Teilchen über längere Zeit hinweg registrieren. In manchen Regionen findet man dabei häufiger ein Teilchen als in anderen, an gewissen Stellen wird sogar niemals ein Teilchen eintreffen (nämlich an jenen, die durch Interferenz "verboten" sind). Symbolisiert man die Anzahl der insgesamt an jeder Stelle gefundenen Teilchen durch einen Grauton, erhält man wieder das Interferenzmuster.
In der modernen Quantenmechanik steht man daher auf dem Standpunkt, dass das Interferenzmuster eine Eigenschaft der Bewegung eines einzelnen Teilchens ist. Interferenz tritt immer dann auf, wenn das Teilchen mehrere Möglichkeiten hat, ans Ziel zu gelangen. (Im Doppelspaltexperiment stehen dem Teilchen beide Spalte offen)
Egal, ob die Teilchen Photonen, Elektronen, oder größere Teilchen sind, im Prinzip zeigen Sie bei einem Doppelspaltexperiment Interferenz. Vor nicht langer Zeit hat man das Doppelspaltexperiment sogar mit extrem großen Molekülen durchgeführt und das Interferenzmuster nachgewiesen (mit "Buckminster-Fullerenen", das sind C60-Moleküle, die aus 60 Kohlenstoffatomen bestehen, die in der Form eines "Fußballs" angeordnet sind).
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