Wieso funktioniert das Doppelspalt Experiment nicht, wenn man Polarisationsfilter anwendet?

Hallo,

Ich würde gerne wissen, weshalb das Interferenzbild des Doppelspaltexperimentes zusammenbricht, wenn man Polarisationsfilter anwendet?

Ich weiß, das dadurch die Quanten irgendwie markiert werden, aber wieso werden sie markiert? was verursachen diese Polarisationsfilter?

Danke im Voraus :)

Answer 1

[Reggid]

die fragestellung ist ziemlich ungenau, aber ich nehme mal an du meinst dass in jedem spalt ein polarisationsfilter angebracht wird, die zueinander orthogonal stehen (also einer horizontal und einer vertikal). genau dann passiert es nämlich, dass das interferenzbild verschwindet.

warum das so ist ist ganz einfach zu sehen wenn man mal verstanden hat warum normalerweise überhaupt ein interferenzmuster ensteht: licht ist eine elektromagnetische welle (vergiss hier irgendwelche quanten, völlig unnötig hier dieses bild zu bemühen), und wenn auf dem beobachtungsschirm ein wellenberg auf ein wellental trifft, dann löschen sie sich aus, und wenn ein wellenberg(tal) auf einen wellenberg(tal) trifft, dann verstärken sie sich. aber nur wenn sie in der selben ebene schwingen! ein wellental einer horizontal schwingenden welle kann selbstverständlich nie einen wellenberg einer vertikal schwingenden welle auslöschen. das kann man sich ganz einfach bildlich vorstellen.

und genau die situation hast du wenn du deine polarisationsfilter an den spalten anbringst. durch den einen spalt kommt nur vertikal polarisiertes licht, durch den anderen nur horizontal polarisiertes. diese beiden können aber niemals miteinander interferieren, und daher kann man kein interferenzmuster am beobachtungsschirm sehen.

Answer 2

[grtgrt]

Wenn man hinter die Spalten Polarisationsfilter stellt, wird auf dem Schirm das Interferenzbild umso mehr verschwinden, je größer der spitze Winkel zwischen den Polarisationsebenen der beiden Filter wird (man kann das nachprüfen, indem man im Experiment die Ebene eines der beiden Filter langsam verändert).

Insbesondere gilt:

• Interferenz ist voll da, wenn beide Filter gleiche Polarisationsebene haben.
• Interferenz ist komplett verschwunden, wenn die beiden Polarisationsebenen senkrecht aufeinander stehen.

Letzteres liegt einfach daran, dass zueinander senkrecht polarisierte Wellen schon allein deswegen -- und ganz grundsätzlich -- nicht interferieren können.

Comments

[grtgrt]

Angeblich verschwindet die Interferenz aber auch dann, wenn das durch die beiden Spalten kommen­de Licht dadurch unterscheidbar gemacht wird, dass es unterschiedlich zirkulär polarisiert wird.  

Warum das passiert, kann ich mir bisher nicht erklären.

[Reggid]

@grtgrt

aus genau dem selben grund: zwei gegengleich zirkular polarisierte wellen können sich auch nicht auslöschen. einfach aufzeichnen: der eine vektor dreht in der x-y-ebene links herum, der andere mit selber länge dreht rechts herum, und dann einfach immer die summe bilden.

dabei kommt eine linear polarierte welle raus (deren orientierung von der lage der beiden vektoreren zueinander zu beginn abhängt), aber auslöschen können sie sich nicht.

(wenn sie im gleichen drehsinn zirkular polarisiert sind, dann können sie sich natürlich auslöschen wenn sie immer genau in die entgegengesetzte richtung zeigen)

[grtgrt]

@Reggid

Vielen Dank, Reggid, für deine Erklärung.

Nur mit Wikipedias Beschreibung zum Stichwort λ/4 -"Verzögerungsplatte" und der mathematischen Beschreibung dort war es mir nicht gelungen, das einzusehen (obgleich ich es vermutet hatte).

Was du sagst, scheint mir bestätigt durch die Rechnung 

in Abschnitt 3.1.7 (auf Seite 86) des Papiers http://www.wmi.badw.de/teaching/Lecturenotes/Physik3/Gross\_Physik\_III\_Kap\_3.pdf .

Gruß, grtgrt  

Answer 3

[gilgamesch4711]

  Am Ehesten verstehst du diese Kalamität, wenn du dir mal überlegst, wie die QM Interferenzen berechnet.

  Photonen gibt es in zwei Sorten; " Spin up " und " Spin down " D.h. genau genommen setzt sich das Photon zusammen aus einer ===> Ortswellenfunktion und einer ===> Spinwellenfunktion ( " Spinor " )  Du weißt doch; Äpfel und Birnen kannst du nicht addieren.

   D.h. alle Spin-up-Photonen, die durch den linken Spalt kommen, interferieren mit ihren Spin-up-Kollegen aus dem rechten Spalt.

   Verstehst du glaub ich auch ganz gut mit dem ===> Bohrschen Korrespondenzprinzip. Lichtfrequenzen liegen ja im THz-Bereich; stabile Interferenzen kannst du überhaupt nur beobachten, wenn zwischen zwei Wellen ein fester, konstanter, ZEIT UNABHÄNGIGER Gangunterschied besteht.

   Im Wellenbild entspricht der Spin einer ===> zirkulären Polarisation; d. h. der Feldstärkevektor schwingt nicht auf und ab, sondern, dem Betrag nach konstant, rotiert er mit (Kreis)frequenz w " links " rum  ( bei Spin up )

   Wenn jetzt die Wellen aus beiden Spalten gleichsinnig polarisiert sind, bleibt auch hier die feste Phasenbeziehung erhalten; aber wie ist das, wenn die beiden wellenvektoren gegensinnig rotieren?

   Du siehst, hinter dem Doppelspaltversuch steckt weniger Mystizismus, als die meisten Bücher glauben machen. IMMER interferieren nur Photonen gleicher Polarisation; bloß meist kriegst du gar nicht mit, welche Polarisation vor liegt.

   Jetzt  tust du aber Polarisationsfilter einsetzen; d.h. durch den linken Spalt kopmmen nur spin-up-Photonen und durch den rechten nur Spin down.

   Und hier nun greift die ===> Wahrscheinlichkeitsdeutung von ===> Max Born. Hier werden keine Amplituden addiert, sondern das Quadrat der Spin-up-Amplitude gibt die Wahrscheinlichkeit, Spin-up-Photonen zu finden - und eben so Spin-down. Du zählst sie getrennt; kannst sie getrennt identifizieren.

   Dagegen eine Interferenz würde ja bedeuten, dass du einen individuellen Weg des Photons vom Spalt zum Schirm nicht mehr zurück verfolgen kannst.