Quantenobjekt Photon
Kurs für Schülergruppen

Experimente

• Einzelne Photonen am Strahlteiler
• Koinzidenz und stochastische Vorhersagbarkeit
• Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers
• Interferenz im Experiment und in Simulationen

Experimente an einzelnen Quantenobjekten sind herausfordernd und aufschlussreich. In diesem Kurs untersuchen die Teilnehmenden das Quantenobjekt Photon in einer Reihe von Experimenten und Simulationen.
Nach einer Einführung in die Erzeugung und Messung von Photonen ist Gegenstand des ersten Experiments das Verhalten einzelner Photonen an einem Strahlteiler. Dabei wird gezeigt, dass einzelne Photonen auch nach Durchgang durch einen Strahlteiler nur als Ganzes gemessen werden und damit Quanteneigenschaften zeigen. Zur Auswertung nutzen die Teilnehmenden Koinzidenzmethoden. Weiterhin wird der Zusammenhang zwischen der stochastischen Vorhersagbarkeit von Messergebnissen und quantenmechanischer Superposition thematisiert.
Im zweiten Kursteil bauen die Teilnehmenden selbst Mach-Zehnder-Interferometer zur Untersuchung von Interferenzeffekten auf und betreiben diese mit Laserlicht. Das Verhalten einzelner Photonen im Mach-Zehnder-Interferometer untersuchen sie in korrespondierenden Simulationen. Der Vergleich von Experiment und Simulation und die Deutung der Ergebnisse erfolgen mit Schwerpunkt auf Komplementarität, quantenmechanische Zustände und deren Superposition sowie das Konzept der Phase. Im abschließenden Ausblick werden wechselwirkungsfreie Messungen, quantenmechanische Verschränkung und deren technologische Nutzung, etwa bei abhörsicherer Datenübertragung und in Quantencomputern, thematisiert.

Bei Rückfragen zum Kursinhalt und für inhaltliche Absprachen nehmen Sie bitte Kontakt mit dem Dozenten Dr. Carsten Nowak auf.

Unterrichtsbezug

Quantenobjekte; Koinzidenzmessungen; Photonen im Interferometer; Interpretation der Quantenphysik