1

Physik in elementaren Portionen, Karlsruhe, 10.7.2013

Verschränkung und Dekohärenz

Versuch einer didaktischen Reduktion

Josef KüblbeckSeminar Stuttgart

Mörike-Gymnasium Ludwigsburg

2

Komplementarität

Ergebnis:

3

Komplementaritätsprinzip

Neues Prinzip:

Mögliche Welcher-Weg-Info

Mögliches Interferenzmusterschließen sich aus

4

Komplementaritätsprinzip

Interferenz tritt auf, wenn ein Teilchen einen Detektor auf verschiedenen Wegen erreichen kann und diese Wege nach dem Nachweis des Teilchens nicht mehr unterschieden werden können.

Das Verhalten von Quantenobjekten wird von sämtlichen ununterscheidbaren Möglichkeiten bestimmt.

[V. Scarani, 2007]

Ü

5

Komplementarität

Das Ergebnis bleibt bis zuletzt offen,

dann kollabiert der Zustand plötzlich

zu einem Zustand mit eindeutigem Messergebnis.

6

5. Kollaps bei Messung

Ein Satz von Regeln für die Pakete

1. 2. 3.

4.

7

6. Verschränkte „Teilchen“ klumpen nur, wenn bei jedem die beteiligten Teilchen die Teilpakete ausreichend überlappen.

Ein Satz von Regeln für die Pakete

8

Weginformation

9

Weginformation

10

Weginformation

11

Weginformation

12

Weginformation

13

Weginformation

14

Weginformation

15

Weginformation

16

Quantenradierer

17

Quantenradierer

18

Quantenradierer

19

Quantenradierer

20

Quantenradierer

21

Quantenradierer

22

Quantenradierer

23

Quantenradierer

#Überraschungen

24

Wo liegt der Hund begraben?

Schrödingers Katze

25

Wo liegt der Hund begraben?

Schrödingers Katze

26

Wo liegt der Hund begraben?

Schrödingers Katze

27

Wo liegt der Hund begraben?

Schrödingers Katze

Das Problem hat man nur, wenn man etwas Quantenphysikverstanden hat.

Man muss verstehen,

• was ein Überlagerungszustand ist • was Verschränkung ist

28

Was ist Verschränkung?

Wo liegt der Hund begraben?

Schrödingers Katze

29

Verschränkung

Beispiel:

Quelle für Atome

Quelle für Streuobjekte

streu2D

atomunten

streu1D

atomoben

D1

D2

30

Verschränkung

Auswirkung auf Interferenz:

Auswirkung auf die Messung:

31

s tre u2D

s tre u1D

a to mu n te n

a to mo b e n

Verschränkung

Auswirkung auf Interferenz:

Betragsquadrat:

streu2D

atomunten

streu1D

atomoben

2

=

... + ... + 2

32

Verschränkung

Auswirkung auf die Messung:

Messoperator:

streu2D

atomunten

streu1D

atomoben D-Operator

=

streu2D

atomunten

streu1D

atomoben d1

33

Veranschaulichung

Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.

34

Wo liegt der Hund begraben?

Messung an nicht verschränkten Zuständen

Eine Messung an einem Objekt zwingt das Objekt zu einer Entscheidung.

35

Verschränkung

Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.

Das wirkt sich bei der Beobachtung von Interferenz aus.

Das wirkt sich beim Messen aus.

36

Wo liegt der Hund begraben?

Auswirkung der Verschränkung beim Messen

Eine Messung an einem der Quantenobjekte bewirkt (instantan!) auch eine Entscheidung (Präparation) bei allen mit ihm verschränkten Quantenobjekten.

Die Verschränkung ist dann aufgehoben.

37

Wo liegt der Hund begraben?

Hochgradig nichtlokal

38

Dekohärenz

Die Verschränkung vom Atom bis zur Katze

Atom Zählrohr Kölbchen Katze

Weder zerfallen noch nicht zerfallen

Weder „klick“ noch kein „klick“

Weder „zerbrochen“ noch

„nicht zerbrochen“

Weder tot noch lebendig

39

Dekohärenz

Die Katze wechselwirkt mit Wärmestrahlung, Luft, Licht wird getroffen von kosmischer Strahlung, hat viele innere Freiheitsgrade:

sehr langer Verschränkungs-Zug

LuftmolekülAtom Zählrohr Kölbchen Katze Phonon

usw.

40

DekohärenzBeschreibung mit 10 hoch 23 Paketen:

Überlagern sich mehr oder weniger.

Annahme: Katze schläft, kaum Unterschiede

Staubkorn ist nach 10 hoch -30 s interferenz-muster-frei.

2610

26 2210 0,0004 4 100,999 10 10 0

41

Das ist noch nicht die ganze Antwort …

Aber ist das der ganze Mechanismus??

Ist die Interferenz bei klassischen Objekten immer noch da, aber nur nicht beobachtbar?

Oder gibt es da noch einen zusätzlichen Mechanismus?

Und wie wird entschieden, in welchem Zustand die Katze nach der Messung beobachtet wird? Wirklich durch Würfeln? Durch Weltenteilung?

„Messproblem“

#Überraschungen