Das Mach-Zehnder

Physik Profilkurs
ÜA Mach-Zehnder-Interferometer
Ks 2014
Das Mach-Zehnder-Interferometer
Starten das Programm "Interferometer.exe"
1
Simulationsprogramm von Albert Huber
http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/kap3/images/Interferometer.exe)
Laser
Aufgaben:
2
1) Beschrifte die Skizze
2) Füge in die Lichtwege 1 und 2 Polarisationsfilter mit jeweils mit 90° ein.
a) Beobachtung:
Erklärung:
b) Welche der besprochenen Grundprinzipien kann man an diesem Versuch erkennen?
3) Stellen Polfilter 1 auf 0° und Polfilter 2 auf 90° ein.
Beobachtung:
Mit welchem Grundprinzip kann man das Verschwinden des Ringmusters erklären?
4) Füge nun das dritte Polfilter ein (Pol 1 auf 0°, Pol 2 auf 90°) und experimentiere mit dessen
Winkeleinstellungen. (Polfilter 1 und 2 bleiben auf den Stellungen 0° bzw. 90°)
a) Bei welchem Winkel von Polfilter 3 ist das Beugungsbild besonders scharf und warum ist das so?
b) Bei welchen Winkeln von Polfilter 3 verschwindet es und warum?
c) Welches Prinzip kommt hier besonders zum Tragen?
5) Entferne die Polfilter und füge einen Detektor in einen der Lichtwege ein.
a) Warum verschwindet nun das Interferenzbild?
b) Wie könnte man die Anordnung umbauen um zu zeigen, dass die Quantentheorie eine nichtlokale
Theorie ist?
Physik Profilkurs
ÜA Mach-Zehnder-Interferometer
Ks 2014
Das Mach-Zehnder-Interferometer
halbdurchl. Spiegel
Spiegel
Starten das Programm "Interferometer.exe"
1
Laser
Simulationsprogramm von Albert Huber
http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/kap3/images/Interferometer.exe)
Aufgaben:
Schirm
2
Spiegel
1) Beschrifte die Skizze
halbdurchl. Spiegel
2) Füge in die Lichtwege 1 und 2 Polarisationsfilter mit jeweils mit 90° ein.
a) Beobachtung: Das Interferenzbild ist nach wie vor sichtbar.
Erklärung:
Der Versuch bietet keine Möglichkeit zu entscheiden, ob das Photon Weg 1 oder Weg 2 geht. Man
muss beide Wege berücksichtigen und die beiden Wellenfunktionen überlagern.
b) Welche der besprochenen Grundprinzipien kann man an diesem Versuch erkennen?
1. Wahrscheinlichkeitsprinzip (bei einzelnen Photonen),
3. Superpositionosprinzip und &ichtobjektivierbarkeit,
5. Komplementaritätsprinzip
3) Stellen Polfilter 1 auf 0° und Polfilter 2 auf 90° ein.
Beobachtung: Interferenz verschwindet völlig.
Mit welchem Grundprinzip kann man das Verschwinden des Ringmusters erklären?
5. Komplementaritätsprinzip
Da man nun durch einfügen eines weiteren Polarisationsfilters im Prinzip herausfinden
könnte, welchen Weg das Photon nimmt, muss das Interferenzbild verschwinden.
4) Füge nun das dritte Polfilter ein (Pol 1 auf 0°, Pol 2 auf 90°) und experimentiere mit dessen
Winkeleinstellungen. (Polfilter 1 und 2 bleiben auf den Stellungen 0° bzw. 90°)
a) Bei welchem Winkel von Polfilter 3 ist das Beugungsbild besonders scharf und warum ist das so?
Es ist besonders scharf, wenn man Polfilter 3 auf 45° oder 135° einstellt. Bei diesen Einstellungen
kann man hinterher nicht mehr herausfinden, welchen Weg ein einzelnen Quant gegangen ist. Man
muss also beide Wege benutzen und die Wellenfunktionen überlagern => Beugungsbild entsteht
wieder.
b) Bei welchen Winkeln von Polfilter 3 verschwindet es und warum?
Es verschwindet, wenn Polfilter 3 auf 0° oder 90° steht, denn dann weiß man, welchen Weg das
Photon gegangen sein muss.
c) Welches Prinzip kommt hier besonders zum Tragen? Das Komplementaritätsprinzip
5) Entferne die Polfilter und füge einen Detektor in einen der Lichtwege ein.
a) Warum verschwindet nun das Interferenzbild?
Sobald man weiß, dass das Photon z.B. durch Detektor 1 lief, kann es unmöglich auch durch
Detektor 2 gegangen sein. "Wissen um den Weg" und Interferenz schließen sich gegenseitig aus!
b) Wie könnte man die Anordnung umbauen um zu zeigen, dass die Quantentheorie eine nichtlokale
Theorie ist? Wenn man die Spiegel extrem weit voneinander entfernt aufbaut, würde ein &achweis
in Detektor 1 momentan die Wahrscheinlichkeit für den &achweis in Detektor 2 zu &ull machen,
ohne jegliche zeitliche Verzögerung.