Vernetztes Fahren - Campushunter

Goethe-Universität Frankfurt am Main I 145
Wo Einstein irrte
Teilchen können gleichzeitig
an mehreren Orten sein
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Quantenphysikalische Teilchen können an mehreren Orten den
gleichzeitig sein und hinterlassen dabei sogar Spuren. Das
haben Physiker der Goethe-Universität in einem verblüffenden
Experiment nachgewiesen, das Albert Einstein vor mehr als 80
Jahren anregte, um die Anhänger der Quantenmechanik herauszufordern.
Damals konnte sein wichtigster Kontrahent, der Physiker
Niels Bohr, ihm lediglich Argumente entgegensetzten. Jetzt
geben die neuen Experimente dem Dänen Recht.
Einstein hat Zeit seines Lebens die quantenphysikalische
Aussage bekämpft, dass Teilchen – solange man sie nicht
beobachtet – an mehreren Orten gleichzeitig sein können. Sein
wichtigstes Gegenargument war: Die geisterhaften Teilchen
müssten durch Zusammenstöße mit anderen Teilchen entlang
ihrer Bahn eine sichtbare Spur hinterlassen. Eben diese Spur hat
Dr. Lothar Schmidt in der Arbeitsgruppe von Prof. Reinhard
Dörner am Institut für Kernphysik der Goethe-Universität nun gemessen.
„Unseres Experiment ist ein später Triumph für Niels
Bohr und damit eine weitere Bestätigung der Grundlagen unseres
heutigen physikalischen Weltbildes“, so Schmidt.
Das klassische Experiment, das auch heutigen Physikstudenten
noch Kopfzerbrechen bereitet, ist die Streuung quantenphysikalischer
Teilchen am Doppelspalt. Solange es unbeobachtet
ist, scheint jedes einzelne Teilchen durch beide Schlitze
des Spalts zu gehen. Es bildet – ähnlich wie Wasserwellen – ein
Interferenzmuster hinter dem Spalt. Dieses verschwindet aber,
sobald man eine Information über den Weg des Teilchens zu gewinnen
versucht, etwa durch die Wechselwirkung mit einem
Lichtteilchen.
Einstein argumentierte, man müsse gar nicht nachsehen, wo
das Teilchen ist, denn es verrate seinen Ort indirekt, indem es
beim Passieren des Spalts einen Impuls überträgt: Ginge es durch
campushunter ® .de Wintersemester 2013/2014
Das Doppelspaltexperiment an einem Wasserstoff-Deuterium-
Molekül zeigt: Wenn man Atome bei der Streuung am Doppelspalt
nicht beobachtet, gehen sie durch beide „Schlitze“
gleichzeitig. Das lässt sich daraus schließen, dass das Molekül
gleichzeitig in eine Rechts- und eine Linksrotation versetzt
wird. Die unterschiedlichen Massen der „Schlitze“ führen zu
einer Krümmung der Interferenzstreifen.
linken Schlitz, erfahre das Beugungsgitter einen minimalen
Stoß nach links, und entsprechend nach rechts, wenn es durch
den rechten Spalt geht. Bohr konterte, auch das Beugungsgitter
verhalte sich wie ein quantenmechanisches System, das heißt, es
müsse gleichzeitige in beide Richtungen abgelenkt werden.
Dass diese verrückt klingende Vermutung tatsächlich richtig
ist, haben Dörner und seine Mitarbeiter jetzt durch die Streuung
von Helium-Atomen an einem „Doppelspalt“ aus Wasserstoff-
Deuterium-Molekülen nachgewiesen. Das Ergebnis stimmt mit
den Vorhersagen von Kollegen aus Paris, die hierzu ein quantenmechanisches
Modell entwickelt haben, überein – mit den
Modellen der klassischen Physik lassen sich die gemessenen
Ergebnisse nämlich nicht beschreiben.
Wie die Forscher gemeinsam in der aktuellen Ausgabe der
Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ mitteilen, bewirkt bei
ihrem Experiment der Impulsübertrag bei der Streuung eine
Rotation des Moleküls. In welche Richtung es rotiert, können die
Physiker indirekt schließen. Sie betrachten Prozesse, bei denen
der molekulare „Doppelspalt“ durch den Stoß in einen angeregten
Zustand übergeht und dann auseinander bricht. Aus den
Bruchstücken können sie den Drehsinn rekonstruieren. „Da wir
bei dieser Versuchsanordnung nicht beobachten, durch welches
Loch das Teilchen gegangen ist, passiert genau das, was Bohr
vorhergesagt hat: D er Doppelspalt rotiert gleichzeitig mit und
gegen den Uhrzeigersinn“, erklärt Schmidt.
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Weitere Informationen
Prof. Reinhard Dörner
Institut für Kernphysik, Campus Riedberg
Tel.: (069) 798-47003
doerner@atom.uni-frankfurt.de
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