Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantenmechanik wankt (doch) nicht - Jahrzehnte alte Grundregel der Physik erstmals experimentell bestätigt

23.07.2010
Treffen Wellen – egal ob Schall oder Licht – aufeinander, treten Überlagerungen auf, sogenannte Interferenzen. Quantenphysiker aus Österreich und Kanada konnten nun erstmals direkt im Experiment die Existenz von Interferenzen höherer Ordnung ausschließen. Sie bestätigen damit eine wichtige Grundannahme der Quantenmechanik: die Bornsche Regel. Darüber berichtet die Fachzeitschrift Science in ihrer aktuellen Ausgabe.

In der Quantenmechanik werden viele Aussagen in Wahrscheinlichkeiten getroffen. Der deutsche Physiker Max Born hatte 1926 postuliert, dass die Wahrscheinlichkeit ein Quantenobjekt zu einer bestimmten Zeit an einem Ort zu finden, gleich dem Quadrat seiner Wellenfunktion ist.

Daraus ergeben sich jene Interferenzmuster, die im bekannten Doppelspaltexperiment beobachtet werden können. Borns Regel zählt zu den Grundpfeilern der Quantenmechanik. Aus ihr folgt, dass Interferenzen jeweils aus Paaren von Möglichkeiten resultieren. Interferenzen höherer Ordnung werden damit aber ausgeschlossen. Den direkten experimentellen Nachweis für diese Annahme blieb die Physikergemeinde aber erstaunlicherweise bis heute schuldig.

Nun haben Wissenschaftler um Prof. Gregor Weihs von der Universität Innsbruck und der University of Waterloo mit einem Dreispaltexperiment eben diesen Beweis erbracht. „Die Existenz von Interferenzen höherer Ordnung hätte dramatische Folgen für die Theorie, es würde die Quantenmechanik in ihren Grundfesten erschüttern“, sagt Weihs. Anstoß für das Experiment gaben Überlegungen von Theoretikern, die mit Abweichungen von der Bornschen Regel Quantenmechanik und Relativitätstheorie miteinander versöhnen wollten, um so die alles erklärende Weltformel zu finden. „Unser Experiment macht diesen Bemühungen einmal mehr einen Strich durch die Rechnung“, betont Gregor Weihs.

Dreispaltexperiment
Gregor Weihs arbeitet mit seinem Team an neuen Lichtquellen für die Übertragung von Quanteninformation. Der Professor für Photonik an der Universität Innsbruck hat dafür eine Ein-Photonen-Quelle entwickelt, die auch als Grundlage für den Test der Bornschen Regel diente. Die Photonen werden dabei durch eine kleine Stahlmembran mit drei mikrometergroßen Spalten geschickt. Für die Messungen werden die Spalte nacheinander in immer anderen Kombinationen geschlossen. Aus den resultierenden Daten kann dann berechnet werden, ob die Bornsche Regel zutrifft. „Das Experiment ist im Grunde sehr einfach“, sagt Gregor Weihs, „und wir waren sehr erstaunt, dass das bisher noch niemand gemacht hat.“ Probleme bereiteten den Physikern allerdings Messfehler, die sie aber in über zweijähriger Kleinarbeit beheben konnten. „Mit unseren Messungen können wir bis zu einer gewissen Grenze ausschließen, dass es Interferenzen höherer Ordnung gibt“, freut sich Experimentalphysiker Weihs. Nun will er in Innsbruck mit einem verbesserten Experiment die Nachweisgrenze noch deutlich nach unten drücken.
Meister der Lichtteilchen
Durchgeführt wurde das aktuelle Experiment am Institute for Quantum Computing der University of Waterloo in Kanada. Dort hatte Prof. Gregor Weihs vor seiner Berufung an die Universität Innsbruck gewirkt. Seit 2008 baut er eine eigene Forschungsgruppe am Innsbrucker Institut für Experimentalphysik auf, die inzwischen aus zwölf Mitarbeitern besteht. Die international besetzte Gruppe beschäftigt sich mit der Konstruktion von Quellen für einzelne Photonen und verschränkte Photonenpaare auf der Basis von Halbleiternanostrukturen. Das Fernziel der Forscherinnen und Forscher ist es, quantenoptische Experimente und Funktionen auf Halbleiterchips zu integrieren.
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at/exphys/photonik/ - Forschungsgruppe Photonik (Gregor Weihs)
http://www.uibk.ac.at - Universität Innsbruck
http://www.iqc.ca - Institute for Quantum Computing, University of Waterloo

Dr. Christian Flatz | idw
Weitere Informationen:
http://www.uibk.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle
16.10.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Kalte Moleküle auf Kollisionskurs
13.10.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise