Physik in elementaren Portionen, Karlsruhe,

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1 Physik in elementaren Portionen, Karlsruhe, 10.7.2013
Verschränkung und Dekohärenz Versuch einer didaktischen Reduktion Josef Küblbeck Seminar Stuttgart Mörike-Gymnasium Ludwigsburg

2 Komplementarität Ergebnis:

3 Komplementaritätsprinzip
Neues Prinzip: Mögliche Welcher-Weg-Info Mögliches Interferenzmuster schließen 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 Ein Satz von Regeln für die Pakete
4. 5. Kollaps bei Messung

7 Ein Satz von Regeln für die Pakete
6. Verschränkte „Teilchen“ klumpen nur, wenn bei jedem die beteiligten Teilchen die Teilpakete ausreichend überlappen.

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 Schrödingers Katze Wo liegt der Hund begraben?

25 Schrödingers Katze Wo liegt der Hund begraben?

26 Schrödingers Katze Wo liegt der Hund begraben?

27 Schrödingers Katze Wo liegt der Hund begraben?
Das Problem hat man nur, wenn man etwas Quantenphysik verstanden hat. Man muss verstehen, was ein Überlagerungszustand ist was Verschränkung ist Wo liegt der Hund begraben?

28 Schrödingers Katze Was ist Verschränkung? Wo liegt der Hund begraben?

29 Verschränkung Quelle für Streuobjekte Beispiel: Quelle für Atome D1 D2

30 Verschränkung Auswirkung auf Interferenz: Auswirkung auf die Messung:

31 Verschränkung Auswirkung auf Interferenz: Betragsquadrat: 2 =

32 Verschränkung Auswirkung auf die Messung: Messoperator: D-Operator =

33 Veranschaulichung Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.

34 Messung an nicht verschränkten Zuständen
Eine Messung an einem Objekt zwingt das Objekt zu einer Entscheidung. Wo liegt der Hund begraben?

35 Verschränkung Verschränkt heißt miteinander verkuppelt.
Das wirkt sich bei der Beobachtung von Interferenz aus. Das wirkt sich beim Messen aus.

36 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. Wo liegt der Hund begraben?

37 Hochgradig nichtlokal
Wo liegt der Hund begraben?

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 Atom Zählrohr Kölbchen Katze Luftmolekül Phonon usw.

40 Dekohärenz Beschreibung 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.

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