Frage von ballhund97, 41

Wieso entsteht ein Interferenzmuster beim Doppelspalt Experiment mit Elektronen?

Ich habe mir dieses Video schon angeschaut, jedoch verstehe ich es immer noch nicht... https://www.youtube.com/watch?v=3ohjOltaO6Y

Wenn man einen Detektor davor stellt, entsteht kein Interferenz muster. Aber wenn man keinen davor stellt, entsteht eins. Ich komme einfach nicht drauf klar...

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 13

Das Elektron hat einen Wellencharakter, ist aber gleichzeitig ein Quant, also gleichsam eine Energieportion, die nur als Ganze irgendwo registriert werden kann, sich aber ansonsten komplett wie eine Welle verhält.

Das bedeutet, jedes einzelne Elektron interferiert mit sich selbst (nicht etwa mit einem anderen), und da, wo es destruktiv interferiert, ist die Wahrscheinlichkeit besonders gering, im Extremfall gleich Null, dass das Elektron dort lokalisiert werden wird.

Wenn ein Detektor mit (100%iger Efficiency) zwischengeschaltet wird, dann wird verändert das den Verlauf der Welle, weil ein solches »als Ganzes registrieren« bzw. »als Ganzes nicht registrieren« schon deutlich vor dem Detektorschirm erfolgt und die Welle so unwiderruflich verändert, sodass sie als Ganze entweder durch den Spalt mit dem Detektor oder durch den anderen geht, wodurch sich nicht ein Doppelspalt-Interferenzmuster, sondern zwei Einzelspalt-Interferenzmuster ergeben, deren Betragsquadrate und nicht etwa Amplituden sich überlagern, d.h. die Phaseninformation wird zerstört.

Manche halten die Vorstellung, das Elektron selbst sei eine Welle, für falsch und unterscheiden das Elektron von seiner sog. Führungswelle, aber auch diese würde durch den Detektor ebenso beeinflusst, sodass insbesondere destruktive Interferenz verhindert wird.

Antwort
von grtgrt, 21

Dass sich auch bei Elektronen hinter dem Doppelspalt Interferenz zeigt, beweist, dass auch Elektronen (ganz analog zu Photonen) nur als wellenförmige Feldanregung existieren - nicht aber als "Teilchen" im Sinne eines Kügelchens.

Wenn nun ein Elektron zum Doppelspalt kommt, so wird es als wellenförmige Feldanregung durch den Doppelspalt in zwei Teilwellen zerlegt, die hinter dem Doppelspalt interferieren (d.h. sich ihrer Amplitude nach aufsummieren).

Wo die als Summe der beiden Teilwellen entstehende Welle auf den Schirm trifft, wird sie an eines seiner Atome Energie abgeben. Diese Stelle wird als Punkt sichtbar und wird mit größter Wahrscheinlichkeit eine sein, an der die Summe der beiden Teilwellen möglicht großen Amplitudenwert hat.

Will man die beiden Teilwellen unterscheidbar machen, muss man hinter den Spalten Polarisationsfilter aufstellen, welche unterschiedlich polarisieren - am besten so, dass die Polarisationsebene der einen Teilwelle senkrecht auf der Polarisationsebene der anderen steht. Das aber bewirkt, dass sich in der Summe beider Wellen nichts mehr auslösen (also wegheben) kann, da ihre Amplituden ja als Vektoren summiert werden. Senkrecht aufeinander stehende Vektoren können sich niemals zu Null addieren.

Kommentar von grtgrt ,

Merke:

Wer auf die Idee kommt, direkt vor dem Schirm einen dritten Polarisationsfilter aufzustellen, wird sehen, dass sich auf dem Schirm wieder das typische Interferenzbild zeigt. 

Zusammen mit diesem dritten Polarisationsfilter nennt man das Experiment dann einen Quantenradierer (was der dritte Filter "ausradiert" ist die Möglichkeit hinter ihm die beiden Teilwellen noch unterscheiden zu können).

Antwort
von Raph101, 21

Das nennt man den Wellen-Teilchen Dualismus. Das ist ein Effekt der Quantenphysik. Es gibt Theorien warum das so sein kann aber keiner weiß es wirklich:)
Das muss man einfach akzeptieren.

Antwort
von Tommyleinchen, 18

Physik ist sehr mehrkwürdig. Generell kann man sagen, dass dieser Effekt eintritt, da es sich bei Elektronen wie auch bei Photonen um Quantenobjekte handelt.Vor der Beobachtung verhalten sich diese wie Wellen, durch Wechselwirkungen beim Messvorgang verlieren sie jedoch ihre Welleneigenschaften und ihr Teilchencharakter tritt hervor.

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