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Quanteninterferenz

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Die Autor*innen
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Lukas Neumeier
Quanteninterferenz
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Quanteninterferenz Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Quanteninterferenz kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe die Interferenz.

    Tipps

    „Destruktiv" bedeutet soviel wie zerstörerisch.

    Lösung

    Oft betrachten wir interferierende Wellen. Betrachten wir den Doppelspalt im Wellenbild, so beschäftigen wir uns ebenfalls mit destruktiver und konstruktiver Interferenz.

    Wenn sich zwei Wellen überlagern, dann verändert sich ihre Amplitude. Verstärken sich die Amplituden, nennt man dies konstruktiv, löschen sie sich gegenseitig aus, heißt das destruktiv.

    Sind Amplitude, Frequenz und Phase der Wellen gleich, so verändern sie sich gegenseitig nicht.

  • Beschreibe den Welle-Teilchen Dualismus.

    Tipps

    Stelle dir dazu reale Beispiele wie Wasserwellen vor.

    Lösung

    Der Welle-Teilchen-Dualismus ist eine wichtige Entdeckung der Quantenphysik. Sie sagt aus, dass Quantenobjekte sowohl Eigenschaften von klassischen Teilchen als auch von Wellen haben können.

    Das Verrückte dabei ist, dass sich die Welle im Raum ausbreitet, und das Teilchen zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort ist.

    Aber wo steckt das Objekt denn dann? Genau damit beschäftigt sich das Doppelspaltexperiment.

  • Ordne die Schirmbilder den Experimenten zu.

    Tipps

    Überlege dir, für welche Objekte der Welle-Teilchen-Dualismus gilt.

    Lösung

    Verschiedene Objekte oder Wellen werden auf den Doppel- oder Einfachspalt „geworfen". Doch nur die Quantenobjekte, also Elektronen, Protonen usw., legen ein besonderes Verhalten an den Tag. Denn schießt man sie auf den Doppelspalt, dann bilden sich auch neben den Spalten Häufungspunkte. Klassisch wie bei dem Bild mit den blauen Murmeln gäbe es nur 2 Häufungsstreifen hinter den Spalten.

    Was auffällt: Die Verteilung des Wellenbildes sieht genauso aus wie die des Quantenbildes. Die Häufungsverteilung ist bei Quanten also wie bei einer Welle, obwohl einzelne Teilchen detektiert werden.

  • Erkläre die Kopenhagener Deutung.

    Tipps

    Denke noch einmal an die Eigenschaften von Wellen und Teilchen, und versuche dadurch herauszufinden, wann sich das Objekt als was verhält.

    Lösung

    Das Doppelspaltexperiment ist schwer zu erklären. Dabei hilft aber die Kopenhagener Deutung.

    Die Kopenhagener Deutung des Doppelspaltexperiments besagt, dass die Möglichkeit, ein Teilchen vor dem Spalt zu messen, Wellencharakter hat.

    Dies bedeutet, dass das Objekt dann auch beide möglichen Wege (Spalte) nimmt, und zwar gleichzeitig. Diese beiden Möglichkeiten interferieren dann miteinander wie Wellen. Das daraus entstehende Interferenzmuster gibt dann die Wahrscheinlichkeit dafür an, wo das Objekt als Teilchen auf den Schirm trifft. Das nennt man Kollaps der Wellenfunktion.

    Aus einer Wahrscheinlichkeitsverteilung wird nach dem Kollaps ein konkreter gemessener Ort mit der Aufenthaltswahrscheinlichkeit 100%.

  • Nenne Objekte mit denen das Doppelspaltexperiment durchgeführt werden kann.

    Tipps

    Das Experiment funktioniert mit allen Quantenobjekten.

    Lösung

    Das Doppelspaltexperiment soll den Welle-Teilchen-Dualismus veranschaulichen. Dieser gilt nur für Quantenobjekte. Zu diesen gehören unter anderem Photonen, Elektronen, Neutronen, Protonen, Atome, Moleküle.

    Murmeln und Blütenpollen gehören allerdings nicht dazu. Sie bestehen aus sehr vielen Molekülen bzw. Atomen. In dieser Menge und Bindung verhalten sie sich wie klassische, mechanische Objekte.

  • Ordne die Interferenzmuster den Spaltabständen zu.

    Tipps

    Bedenke, dass Beugung eine große Rolle am Spalt spielt.

    Lösung

    Die Abstände der gemessenen Maxima können direkt Aufschluss über die Spaltbreite geben.

    Macht man den Spalt enger, gehen die Maxima weiter auseinander. Allerdings verändert auch die Wellenlänge die Abstände der Maxima.

    Macht man den Spalt aber zu eng, kommt gar nichts mehr durch, und der Schirm bleibt schwarz.

    Klarer wird dies, wenn man sich die Beugung am Gitter ansieht. Maxima entstehen dann bei größeren Winkeln am Spalt, wenn der Spalt enger oder die Wellenlänge größer wird.

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