Faszinierende Quantenwelt: Wie ein Experiment die “magische” Verbindung zwischen Lichtteilchen zeigt
“Verschränkung ist nicht ‘eine’, sondern die charakteristische Eigenschaft der Quantenmechanik, die sie von der klassischen Mechanik unterscheidet.” – Erwin Schrödinger
Mit diesen Worten beschrieb der berühmte Physiker Erwin Schrödinger ein Phänomen, das so bizarr und faszinierend ist, dass es die Vorstellungskraft vieler Menschen übersteigt: die Quantenverschränkung. Doch genau diese “magische” Verbindung zwischen Teilchen konnten unsere Schülerinnen und Schüler kürzlich hautnah erleben.
Was ist Quantenverschränkung?
Quantenverschränkung ist ein seltsames Phänomen, bei dem zwei Teilchen, wie zum Beispiel Lichtteilchen (Photonen), so miteinander verbunden sind, dass die Messung an einem Teilchen sofort den Zustand des anderen festlegt, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Man könnte sagen, sie “kommunizieren” auf eine geheimnisvolle Weise, die selbst Albert Einstein als “spukhafte Fernwirkung” bezeichnete.
Das spannende Experiment:
Am Dienstag, den 14.01.25, hatten unsere Schülerinnen und Schüler die Gelegenheit, an einem faszinierenden Experiment teilzunehmen. Julian Maisch, ein PostDoc von der Universität Hannover(/Universität Stuttgart), kam zu Besuch und brachte ein speziell für Schulungszwecke entwickeltes Experiment mit, welches auf kleinstem Raum Paare von verschränkten Einzelphotonen erzeugen und ihre Polarisation messen kann. Dieses Experiment zur Verschränkung von Photonen wurde im Rahmen des Projekts 2QA (https://2qa.org/) aufgebaut und ermöglicht es einen Versuch wie er auch in modernen Physiklaboren genutzt wird, auch außerhalb der Laborumgebung durchzuführen.
Zunächst vermittelte er dem Kurs einen Überblick über die wichtigen, quantenphysikalischen Grundlagen zur Verschränkung. Als es an die Erklärung zum Nachweis der Verschränkung kam, bei der die Bellsche Ungleichung eine wichtige Rolle spielt, durften die Schülerinnen und Schüler in einem kleinen Rollenspiel die Bedeutung dieser spielerisch erfahren.
Wie wurde die Verschränkung nachgewiesen?
Um die Verschränkung zu testen, konnten die Schülerinnen und Schülern an goldenen Hebeln die Messung beeinflussen. Auf dem Laptop wurde anhand der Theorie von Bell ein Wert aus den Messwerten berechnet, der zu erkennen gibt, ob die Ergebnisse von den Messungen an den Photonen über das hinausgehen, was man erwarten würde, wenn die Photonen nicht verschränkt wären. Aus klassischer Sicht sollte der Wert dieser Gleichung nicht größer als 2 sein. Doch als unsere Schülerinnen und Schüler das Experiment durchführten und die Polarisation der Photonen maßen, erzielten sie einen Wert von bis zu 2,82.
Dieser Wert zeigt eindeutig, dass die Photonen verschränkt sind. Das bedeutet, dass eine Messung an einem Photon den Zustand des anderen sofort beeinflusst, selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind.
Für unsere Schülerinnen und Schüler war es eine großartige Gelegenheit, die faszinierende Welt der Quantenphysik hautnah zu erleben und zu verstehen.
Robin Gwinner
