Ein Trost für die Quantenmechanik
Zur Studie:
Die Studie "Ruling Out Multi-Order Interference in Quantum Mechanics" ist in der aktuellen Ausgabe von "Science" erschienen (Abstract).
Der Trick bei der Suche nach der Weltformel geschieht bei der Quantenmechanik mit einem Gedankenexperiment: Um die Quantenmechanik auszuhebeln nimmt man an, dass eine fundamentale Regel nicht gilt und daher auch sogenannte Interferenzen höherer Ordnung möglich wären.
Tiroler Wissenschaftler konnten nun experimentell nachweisen, dass dies nicht möglich ist - und haben damit die Gültigkeit der Quantenmechanik untermauert.
Klassisches Experiment
Aus dem Physik-Unterricht kennt man das Phänomen der Interferenz: Wellen, gleich ob aus Wasser oder Licht, können sich bei ihrer Überlagerung verstärken oder auslöschen. Schön sieht man das beim sogenannten Doppelspalt-Experiment, bei dem Licht durch zwei schmale Spalten auf einen Schirm fällt. Dort entsteht durch Verstärkung und Auslöschung ein Streifenmuster mit Bereichen ganz ohne Licht einerseits und sehr hellen Stellen andererseits.
Youtube-Video zum Doppelspalt-Experiment mit Dr. Quantum
Bereits 1926 hatte der deutsche Physiker Max Born die Regel aufgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, ein Quantenobjekt, also etwa ein Lichtteilchen, zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort zu finden, gleich dem Quadrat seiner Wellenfunktion ist. Anders ausgedrückt: Die Interferenz lässt sich rein mathematisch immer aus dem Produkt von zwei Spalten bzw. Möglichkeiten beschreiben (also A mal B).
Was passiert aber, wenn das Licht nicht durch zwei, sondern drei oder mehrere Spalten fällt? Würde die Interferenz dann von mehreren Faktoren abhängen (also A mal B mal C, usw.)? Gäbe es solche Interferenzen höherer Ordnung, würde das die Grundfesten der Quantenmechanik erschüttern.
Überprüfte Regel
Die Born'sche Regel ist zwar schon fast 100 Jahre alt. Doch bisher hätte sie laut Studienautor Gregor Weihs vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck noch nie jemand experimentell überprüft, obwohl das eine ganz fundamentale und simple Frage sei. Weihs hat die Experimente am Institut für Quantum Computing der University of Waterloo in Kanada durchgeführt, wo er vor seiner Berufung an die Uni Innsbruck gearbeitet hat. Er hat dafür eine Ein-Photonen-Quelle entwickelt, die als Grundlage für die Überprüfung der Born'schen Regel diente.
"Es schaut so aus, wie wenn die Regel wasserdicht wäre", sagt Weihs, schränkt allerdings ein, dass die erreichte Messgenauigkeit für seinen Geschmack bei weitem nicht genug sei. Aus diesem Grund will er bei weiteren Experimenten die Nachweisgrenze noch deutlich nach unten drücken. Nach dem aktuellen Experiment dürfte die Born'sche Regel jedenfalls gelten und die Quantenmechanik nicht ins Wanken geraten. Die Suche nach der Weltformel geht damit weiter.
science.ORF.at/APA
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