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Teilchen und Strahlung

Teilchen verraten ihre Fernbeziehung

Verschränkung ist ein Phänomen der Quantenphysik: Zwei Teilchen können dadurch über beliebige Distanzen wie durch Zauberhand verbunden bleiben. Für praktische Anwendungen muss man allerdings wissen, ob zwei Teilchen in diesem Zustand sind - wie das funktionieren kann, haben nun Forscher herausgefunden.

Physik 06.07.2012

Julian Hofmann und dem aus Österreich stammenden Physiker Harald Weinfurter vom Institut für Quantenoptik der Universität München ist es gelungen, zwei 20 Meter voneinander entfernte Atome zu verschränken und einen Weg zu finden, wie die "Fernbeziehung" auch bekanntgeben wird.

Die Studie:

"Heralded Entanglement Between Widely Separated Atoms" von Julian Hofmann et al. ist am 6.7. in "Science" erschienen, ebenso der Kommentar "Two Atoms Announce Their Long-Distance Relationship" .

Das Beispiel der Würfel

Die Verschränkung ist ein Phänomen, das der österreichische Physiker Erwin Schrödinger als charakteristische Eigenschaft der Quantenmechanik schlechthin bezeichnet hat: Zwei verschränkte Teilchen, etwa zwei Photonen, bleiben über beliebige Distanzen miteinander verbunden. Sind sie verschränkt, haben sie perfekt definierte gemeinsame Eigenschaften, verlieren dabei allerdings ihre Einzeleigenschaften.

Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden die gleiche - zufällige - Seite nach oben zeigen. Sind zwei Teilchen nicht verschränkt, hat jedes seine eigene wohldefinierte Eigenschaft. Im Fall der Würfel würde bei jedem davon eine zufällige Seite nach oben zeigen, völlig unabhängig vom anderen Würfel.

Ein "Herold für die Verschränkung"

Die Wissenschaftler haben für ihr Experiment in zwei getrennten Räumen jeweils ein Rubidium-Atom mit einem Laser angeregt. Dabei emittieren die Atome je ein Photon - Atom und Photon sind dadurch verschränkt.

Die beiden Photonen werden über Lichtleiter zusammengeführt, an einem Strahlteiler überlagert und detektiert. Dadurch wird automatisch auch der Verschränkungs-Zustand der beiden 20 Meter voneinander entfernten Rubidium-Atome festgelegt.

"Das Detektionsereignis der Photonen zeigt uns an, in welchem verschränkten Zustand die beiden Atome sind. Es fungiert quasi als Herold für die Verschränkung", so Weinfurter. Der Physiker will mit seinen beiden Atomen "in absehbarer Zeit ein paar 100 Meter weiter auseinandergehen".

Notwendig für Quantenkommunikation

In einem Kommentar zu der Arbeit betonen Jürgen Volz und Arno Rauschenbeutel vom Vienna Center for Quantum Science and Technology an der Technischen Universität (TU) Wien in "Science", dass die Verschränkung von zwei Atomen, die durch einen zweiten Prozess bestätigt wird, Langstrecken-Quantenkommunikation ermögliche.

Bei dieser müssen verschränkte Photonen über weite Strecken in Lichtleitern übertragen werden. Sogenannte Repeater müssen dabei das schwächer werdende Lichtsignal immer wieder auffrischen. Weinfurters Experiment-Aufbau könnte dabei helfen, die notwendige Verschränkung über die ganze Entfernung zu erhalten.

Volz und Rauschenbeutel sehen in dem Experiment zudem die Möglichkeit für einen Test der Bell'schen Ungleichung, der alle noch bestehenden Lücken bisheriger Experiment schließt und "eine finale Antwort über die Natur der Quantenphysik gibt", wie die beiden TU-Wissenschaftler schreiben. Die berühmte Bell'sche Ungleichung zeigt den grundlegenden Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantenmechanik.

science.ORF.at/APA

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Forum

 

  • http://fm4.orf.at/stories/1689277

    archetype, vor 317 Tagen, 17 Stunden, 29 Minuten

    und irgendwann muss jeder noch so verblendete vertreter der beweisbar falschen "lehr"-meinung folgendes eingestehen :
    nämlich, dass die herren "grundlagenforscher" die LOGIK MIT FÜSSEN treten und auf grund von defiziten nur wirres zeug in die welt setzen !

    und andere höchstbegabte werden diese kritiklosen "nur-rezitierer" zur vernunft bringen !

    mfg. h.t.

    • Hallo archetype,

      karl273, vor 317 Tagen, 11 Minuten

      Der menschliche Hausverstand verträgt sich leider nicht sehr gut mit den Messergebnissen der Quantenmechanik.

      Entweder der menschliche Hausverstand ist fehlerhaft, oder die Messergebnisse der Quantenmechanik sind fehlerhaft.

  • Laienfrage

    karl273, vor 319 Tagen, 2 Stunden, 4 Minuten

    Laienfrage, sind meine vereinfachten Aussagen zutreffend:

    Die absichtlich erzeugte Nicht-Unterscheidbarkeit der Zustände der beiden Atome bewirkt die Synchronisation der beiden Atome.

    Wenn man die beiden Photonen nicht vermischt hätte, dann wären die beiden Atome auch nicht synchronisiert worden.

    Stark vereinfacht bedeutet das:

    Wenn man nicht unterscheidend hinsieht, dann verhalten sich die beiden Atome wie ein einziges Teilchen.

    ---

    Quantenradierer selbst gemacht:

    http://www.spektrum.de/alias/quantenphysik/quantenradierer-selbst-gemacht/874881

  • solidstate, vor 319 Tagen, 17 Stunden, 22 Minuten

    Falsch!
    Könnte man zwei Spielwürfel verschränken, wüsste man bis zur Messung nicht, welche Augenzahl sie zeigen. Nach der Messung würde aber mit Sicherheit bei beiden jeweils die GEGENÜBERLIEGENDE - zufällige - Seite nach oben zeigen.
    Bei kleinen Teilchen ist es z.B. der Spin der immer gegenläufig ist (+1/2 und -1/2).

  • Diese Theorie ist längst überholt...

    smokereality, vor 319 Tagen, 23 Stunden, 35 Minuten

    ...und das haben wir dem Genie und Nachfolger von Nikola Tesla, Herrn M.T. Keshe zu verdanken: www.keshefoundation.org

    • cyana, vor 319 Tagen, 22 Stunden, 51 Minuten

      und was genau ist jetzt an der Bell'schen Ungleichung überholt ?

    • Unwissenschaftlich?

      daxbach, vor 319 Tagen, 18 Stunden, 6 Minuten

      M.T. Keshes Ideen erscheinen mir äußerst unwissenschaftlich. Er will vieles und glaubt die Welt erlösen zu können. Hingegen gehen die Forscher Hofmann und Weinfurter einen verständlichen empirischen Weg, zu deren Ergebnis man nur gratulieren kann.

    • @ cyana :

      archetype, vor 319 Tagen, 17 Stunden, 41 Minuten

      http://science.orf.at/stories/1687300

    • cyana, vor 319 Tagen, 9 Stunden, 6 Minuten

      hm. Mir scheint, du hast das Wesentliche der Relativitätstheorie nicht bedacht. Es geht nicht um die Lichtgeschwindigkeit per se, sondern um die Rahmenbedingungen der Raumzeit. Die Spezielle Relativitätstheorie ist eine Theorie über das Messen. Die Struktur der Raumzeit erlaubt keine relativen Messwerte höher als die Lichtgeschwindigkeit, was nicht heißt, dass es keine höheren Geschwindigkeiten gibt. Ein überlichtschnelles Objekt verläßt dein Inertialsystem und entzieht sich damit deinem Messsystem.

    • nicht meine penibel genau beschriebene messung,

      archetype, vor 319 Tagen, 8 Stunden, 36 Minuten

      die jeder nachrichtentechniker mit entsprechendem equipment nachvollziehen kann, "entzieht" sich etwas ...

      sondern die beweisbar falsche lehrmeinung und die kritiklosen rezitierer dieser "entziehen" sich etwas ...

      nämlich der logik und den kognitiven fähigkeiten !

      mfg. h.t.

    • cyana, vor 318 Tagen, 7 Stunden, 47 Minuten

      Nein. Was dein Experiment beweist ist lediglich, dass sich die diametralen Wellenfronten mit 2c voneinander entfernen. Das ist trivial, da du ohnehin keine Einweg-Lichtgeschwindigkeit messen kannst.

      Und die Theorie, dass die Rotverschiebung auf eine 'Ermüdung' der Lichtstrahlen zurückzuführen ist, wurde bereits in den 60ern widerlegt. Ein Steady State Universum ist instabil.

    • Einweg-Lichtgeschwindigkeits-Messung

      karl273, vor 318 Tagen, 2 Stunden, 2 Minuten

      Die Graf-Hombug-Werke präsentieren stolz zwei neue Geräte für die Einweg-Lichtgeschwindigkeits-Messung.

      Ein Bild mit zwei Bauplänen:

      http://members.chello.at/karl.bednarik/EIWELIME.PNG

      Selbstverständlich können die Graf-Hombug-Werke auch überlichtschnelle Lichtstrahlen erzeugen.

      Animation:

      http://members.chello.at/karl.bednarik/LASER-1.gif

      Wenn diese *.gif-Animation nicht läuft, dann liegt das an den Einstellungen Ihrer persönlichen Firewall.

    • Lichtgeschwindigkeit

      karl273, vor 317 Tagen, 19 Stunden, 11 Minuten

      Teil eins:

      Das auf der Erde durchgeführte Michelson-Morley-Experiment hat gezeigt, dass die Lichtgeschwindigkeit vom Bewegungszustand der Erde unabhängig ist, und in allen Bewegungsrichtungen der Erde immer konstant ist.

      Vielleicht liegt das ja nur daran, dass der Weltenäther zähflüssig wie Honig ist, und so wie der Honig am Kaffee-Löffel von der Erde mitgenommen wird, dass also kein wehender Ätherwind existiert, der an der Erde vorbei bläst, und dass wir nur in der laminaren Grenzschicht eines viskosen Mediums leben.

      Teil zwei:

      Alle reden von der Lichtgeschwindigkeit, und niemand redet von der Schattengeschwindigkeit.

      Wenn die Schattengeschwindigkeit nicht um den Faktor von rund 0,0000000001 höher als die Lichtgeschwindigkeit wäre, dann wäre es in der Nacht nicht dunkel sondern hell (Olberssches Paradoxon).

      Ein ähnliches Mengenverhältnis gibt es auch zwischen Materie und Antimaterie in unserem Universum.

      Teil drei:

      Weitere tiefere Einsichten findet man hier:

      http://www.e-stories.de/view-kurzgeschichten.phtml?27936

    • Zu Teil zwei:

      karl273, vor 317 Tagen, 18 Stunden, 37 Minuten

      Die Schattengeschwindigkeit:

      In einigen optisch nichtlinearen Materialien hört ein Lichtimpuls schneller auf als er beginnt.

      Das kann man für die zeitliche Kompression von Lichtimpulsen verwenden.

      Im Prinzip verringert der Lichtimpuls nur den Brechungsindex des optisch nichtlinearen Materials, solange er es belastet.

      Noch mehr Überlichtgeschwindigkeit:

      http://theory.gsi.de/~vanhees/faq/nimtz/nimtz.html

    • Literarische Nachbemerkungen

      karl273, vor 317 Tagen, 18 Stunden, 10 Minuten

      Kein Licht ohne Schatten, und
      keine Schicht ohne Latten.

      Nachdem Admiral Graf Frederik von Hombug relativ schnell die Photosphäre der Sonne durchflogen hatte, sagte er:

      "Weit und breit kein Schatten zu sehen."

    • @ cyana : realisierst du diese einfachen deutschen sätze :

      archetype, vor 317 Tagen, 14 Stunden, 30 Minuten

      in einer kupferschiene läuft ein elektrischer impuls beweisbar und messbar mit doppelter lichtgeschwindigkeit.
      aus dieser cu-schiene verabschiedet sich eine funkwelle mit 2c !
      bei gleicher frequenz verdoppelt sich die wellenlänge !

      was soll das gefasel mit wellenfronten, inertialsystem, einfach-lichtgeschwindigkeit etc. ?

      noch zum langsamer werdendem licht :
      wenn ein lichtstrahl, den wir SUBJEKTIV sehen, weit unter c fällt, ist er für uns kein sichtbares licht mehr.
      und genau das ist der grund, warum und das universum dunkel erscheint !

      dieser sachverhalt ist selbsterklärend und selbstbeweisend.
      genügend grips vorausgesetzt.
      und der den "physikern" FEHLT !

      mfg. hubert taber

    • cyana, vor 317 Tagen, 7 Stunden, 53 Minuten

      an karl *ggg* - Graf Homburg wird mit der Synthese obiger Sätze zu 'Kein Licht ohne Latten' das Wesen des Doppelspaltversuchs geradezu apodiktisch für die Nachwelt charakterisieren.

      an archetype - Einweglichtgeschwindigkeit, nicht Einfach-Lichtgeschwindigkeit. Ersteres beschreibt eine hypothetische Messmethode, letzteres ist eine Geschwindigkeitsangabe.

      Aber gut. Deine Funkwelle kommt also an, bevor sie abgesendet wurde. Könntest du mir bitte die Lottozahlen von heute mit deiner Apparatur schicken? Ich würde sie dann gestern bekommen, und könnte mit dem Erlös dir bei der Patentierung deiner Entwicklung zur Seite stehen.

      Was das 'ermüdete' Licht betrifft - dass wir im Infrarotbereich nicht sehen können, beweist ja nicht, dass die Steady-State Theorien zutreffend sind. Das eine hat mit dem anderen nichts zutun. Aus dem Umstand, dass die Nacht dunkel ist, kann ich lediglich schließen, dass das sichtbare Universum endlich ist.

    • @ cyana : wenn sich eine funkwelle mit ca. c ausbreitet,

      archetype, vor 317 Tagen, 7 Stunden, 35 Minuten

      dann kommt diese nach 1 km enfernung in 3,3 mikrosekunden laufzeit an.

      wenn sich eine funkwelle mit ca. 2c ausbreitet, dann kommt diese nach 1 km entfernung schon nach 1,65 mikrosekunden laufzeit an !

      warum sollte diese noch vor der absendung ankommen ?
      erkläre ich hier in eine leere ?

      und kann es sein, dass du nur ein destruktiver querulant bist ?

    • Hallo cyana,

      karl273, vor 317 Tagen, 58 Minuten

      1.) Ernsthaft:

      Archetype hat in einem Punkt recht.

      Auch mit unendlich hoher Geschwindigkeit kommt man nur geichzeitig an jedem Ort des Universums an, aber garantiert nicht früher.

      Das hat zumindest den Vorteil, dass man dann die alten Fernsehsendungen noch einmal ansehen kann.

      Admiral Graf Frederik von Hombug behauptet allerdings, dass das Instantan-Triebwerk verdammt viel Energie verbraucht.

      2.) Scherzhaft:

      Ich verwende für die Lotto-Zahlen immer Positronen, denn das sind Elektronen, die in der Zeit zurücklaufen.

      Hier sind die Details:

      http://www.e-stories.de/view-kurzgeschichten.phtml?23786

      Nachbemerkung:

      Die meisten meiner 63 Science-Fiction-Kurzgeschichten werden nach einigen Jahren rund 1600 mal gelesen.

      Nur die Geschichte "Wie man die Lotto-Zahlen aus der Zukunft bekommt" wurde 5371 mal gelesen.

      Woran das wohl liegen mag?

    • Lichtgeschwindigkeit

      karl273, vor 317 Tagen, 16 Minuten

      Der Brechungsindex des Glaskörpers des menschlichen Auges beträgt rund 1,336.

      Das Licht, das wir sehen, ist also nur rund 224.550.000 Meter pro Sekunde schnell.

      Die Wellenlängen sind daher um den Faktor 1/1,336 = rund 0,7485 kürzer, aber die Frequenzen ändern sich nicht.

      ---

      Die Reichweite virtueller Photonen:

      http://members.chello.at/karl.bednarik/VIRTPHOT.PNG