Kann das Doppelspaltexperiment endlich gelöst werden?

Das berühmte Doppelspaltexperiment – ​​jetzt eine klassische Demonstration dessen, wie sich Licht und Materie in ihrer „klassischen“ physikalischen Definition wie Wellen und Teilchen verhaltenFür viele von uns erscheint es fast wie Zauberei.

Aufgrund dieser ungewöhnlichen Funktion unseres physikalischen Universums fasziniert das Doppelspaltexperiment Physiker seit Jahrzehnten, da es die Möglichkeit von Multiversen oder exotischen Quantenereignissen nahelegt. Doch erst seit kurzem gibt es Forscherinnen und Forscher an der TU Wien (TU Wien) fanden einen Weg, dieses Experiment vollständig zu validieren, indem sie eine bestimmte Messmethode am Partikel verwendeten.

Hintergrund: Was ist das Doppelspaltexperiment?

Dieses Experiment wurde erstmals von einem britischen Mathematiker durchgeführt Thomas Jung 1802. Versuch Arbeiten Durch Abbildung eines Elektronenstrahls auf einem Schirm mit zwei vertikalen Schlitzen. Der Strahl muss durch den einen oder anderen Schlitz gehen und eine Spule erzeugen spezifisches Muster an der Wand hinter ihnen. In allen Fällen des durchgeführten Experiments passieren die Elektronen jedoch gleichzeitig die beiden Schlitze, wobei eine Eigenschaft verwendet wird, die als Quantenüberlagerung. Überlagerung ermöglicht es, dass der Quantenzustand eines Elektrons gleichzeitig an zwei Orten vorliegt, was zu einem einzigen kohärenten Zustand führt. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Tu Wien Stefan Löffel Er erklärt: „Beim klassischen Doppelspaltexperiment entsteht hinter dem Doppelspalt ein Interferenzmuster. Teilchen bewegen sich wie eine Welle gleichzeitig durch die beiden Spalte, dann interferieren die beiden Teilwellen miteinander. sie verstärken sich gegenseitig, in anderen heben sie sich auf.” .

Wenn man versucht zu messen, wo sich das Teilchen befindet, nachdem es den Doppelspalt passiert hat, wird es zu einem statistischen Spiel. Diese Statistik hängt vom Interferenzmuster des Partikels ab, wobei Orte durcheinander aufgebläht oder aufgehoben werden. Dies macht die Studienvalidierung sehr begrenzt. „Das ist natürlich nicht ganz zufriedenstellend“, so der Forscher. Holger Hofmann von der Universität Hiroshima, der half, die Theorie hinter dem Experiment zu entwickeln. „Deshalb haben wir untersucht, wie das Phänomen der bidirektionalen Inferenz anhand der Detektion eines einzelnen Teilchens demonstriert werden kann.“ Bidirektionale Interferenz ist die Interferenz, die zwischen zwei getrennten Teilchenwellen auftritt.

Analyse: Trennung von Wellen

Um bidirektionale Interferenzen zu untersuchen, entwickelten die Forscher eine neue Messmethode. Bei diesem Verfahren wird die Neutronenquantenwelle mit a in zwei Wellen aufgespalten Kristall. Die beiden Wellen bewegten sich entlang individueller Pfade, als sie sich wiedervereinigten und sich gegenseitig störten. Diese Interferenz haben die Forscher gemessen. Sie “markierten” auch eine bestimmte Welle, indem sie den Winkel des Partikels manipulierten, sodass sie verfolgen konnten, welche Welle in welche Richtung ging. Durch Versuch und Irrtum fanden die Forscher heraus, welche Winkel Die Ergebnisse des Doppelspaltversuchs mussten wiederholt werden.

Ausblick: Der Lösung des Doppelspaltexperiments einen Schritt näher

„Unsere Messergebnisse unterstützen die klassische Quantentheorie“, erklärt Spoonar. Neu ist, dass man nicht auf unbefriedigende statistische Argumente zurückgreifen muss. Bei der Messung eines einzelnen Teilchens zeigt unser Experiment, dass es zwei Wege gleichzeitig gegangen sein muss, und bestimmt eindeutig die relevanten Verhältnisse.“ Diese Studie liefert mehr Informationen über den Prozess hinter dem berühmten Experiment und ermöglicht weitere Forschungen, um das Gebiet voranzubringen der Quantenphysik. .

Kina Castleberry ist Autorin für The Debrief und Science Communicator bei JILA (eine Partnerschaft zwischen der University of Colorado Boulder und NIST). Es konzentriert sich auf Deep Technology, Metaverse und Quantentechnologie. Weitere Arbeiten von ihr finden Sie auf ihrer Website: https://kennacastleberry.com/

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