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Der Knaller-Test - ein grundlegendes (Gedanken-) Experiment der Quantenphysik

Der Knaller-Test - ein grundlegendes (Gedanken-) Experiment der Quantenphysik

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Sekundarstufe II

Physik


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Art.Nr.: NWL113732016
Verlag: Raabe Verlag


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Quantenphysik

Raabits Physik 11. und 12. Klasse (G9: 13)

Die Quantenphysik ist bekanntermaßen unanschaulich und das hier behandelte Thema wurde erst vor weniger als 25 Jahre verstanden. Dennoch sollte der Knaller-Test als Gedankenexperiment im Oberstufenunterricht behandelt werden, weil er ein grundlegendes Prinzip verdeutlicht. Der experimentelle Nachweis übersteigt allerdings die Möglichkeiten der Schulphysik.

1962 stellte Dennis Gabor - der neun Jahre später den Physik-Nobel-Preis für die Erfindung der Holografie erhielt - die Behauptung auf, dass ein Gegenstand nur dann beobachtet werden kann, wenn er von mindestens einem Photon getroffen wird. Damit ist mit jeder Messung eine Störung des beobachteten Zustands eines Objekts verbunden. In der makroskopischen Physik ist diese Vorstellung durchaus richtig.

Dies stimmt jedoch nicht mehr uneingeschränkt in der Quantenphysik. Im Jahre 1993 stellten die beiden Physiker Avshalom Elitzur und Lev Vaidman ein Gedankenexperiment vor. Mit diesem konnten sie nachweisen, dass Objekte auch dann erkannt werden können, wenn sie mit keinem einzigen Photon in Wechselwirkung getreten sind. Dies wird als wechselwirkungsfreie Quantenmessung bezeichnet. 1994 konnte eine Gruppe um den Physiker Anton Zeilinger das Gedankenexperiment praktisch durchführen und die wechselwirkungsfreie Quantenmessung somit auch experimentell eindeutig nachweisen.

In dieser Unterrichtseinheit für die Oberstufe werden diese Themen anschaulich behandelt.

Inhalt:

  • Licht als Welle
  • Welle-Teilchen-Dualismus
  • Zwei-Strahl-Interferenz, Michelson- und Mach-Zehnder-Interferometer
  • Photon als Quantenobjekt
  • Wahrscheinlichkeitswelle, Interferenz und Nichtlokalität
  • Knaller-Test und wechselwirkungsfreie Quantenmessung
  • Lernerfolgskontrolle - Testen Sie Ihr Wissen!

Dauer:  8 Stunden

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