Koinzidenz
Janko Wellmeier
https://www.youtube.com/watch?v=hf2Sgzhi78I

Transkript (automatisch erstellt)

0:01 Dieses Video beschäftigt sich mit dem Begriff der Koinzidenz und einem Koinzidenzversuch. Dabei geht es vor allen Dingen darum,
0:10 Quantenversuche mit einzelnen Photonen durchzuführen. Was Sie schon wissen ist, wie sich Quantenobjekte verhalten, wenn sie auf einen
0:23 Doppelspalten treffen. Also hier haben wir eine
0:33 Quantenquelle, einen Doppelspalt und dahinter einen Schirm. Und sie wissen bereits, dass auf diesem
0:44 Schirm ein Interferenzmuster entsteht, auch dann, wenn man die Quantenquelle in der Intensität so weit herunterfährt, dass immer nur einzelne
0:55 Photonen durch den Doppelspalt gehen. Und genau da setzt jetzt die Koinzidenz an. Das ist ja etwas Besonderes, wenn man sich das angeguckt hat, wenn nur
1:04 einzelne Photonen dadurch gehen oder einzelne Quantenobjekte. Man hat nämlich dann rausgefunden, dass die gleichzeitig durch beide Spalte
1:11 gehen und deren Wahrscheinlichkeitswellen miteinander interferieren. Um das aber überhaupt erstmal sich überlegen zu können, muss
1:19 man ja bei solcherem Versuch sicherstellen, dass man wirklich nur einzelne Photonen hat. Nun könnte man z.B. will einen Laser nehmen und davor
1:28 einfach irgendwelche Filter packen, die den Laser in Intensität immer weiter abschwächen. Wenn man sich das aber genauer untersucht, dann kann man damit
1:35 nicht sicherstellen, dass es einzelne Photonen sind. Deswegen nimmt man ein anderes einen anderen Aufbau, den
1:45 Koinzidenzversuch, bei dem man im Prinzip zwei Detektoren hat und nur wenn beide gleichzeitig anspringen, weiß man, dass das Photon, das da ankommt, auch
1:54 das ist, dass man messen wollte. Wie funktioniert das Ganze? Also, der Koinzidenzversuch ist so aufgebaut, dass ich eine Quelle
2:12 habe, die immer dann, wenn sie etwas aussendet, zwei Photonen in beide Richtungen aussendet und zwar immer gleichzeitig.
2:22 Also, es wird ein Photon in diese Richtung geschickt und ein Photon in die andere Richtung. Dieses Photon hier auf der rechten Seite
2:33 kann dann auf ein Messgerät
2:42 treffen. Auf der anderen Seite haben wir ebenfalls ein Messgerät, auf das Photon treffen kann. Und jetzt haben wir hinter diesem
2:53 Messgerät ein Koinzidenzähler. Was macht der Koinzidenzähler?
3:09 Der guckt, also mein Zähler Z ist das, der guckt, ob bei dem Zähler
3:21 Z und bei einem Kontrollzähler, also Z K für Kontrolle in einem sehr kurzen Zeitalstand zeitgleich etwas gezählt
3:33 wird. Und wie wird jetzt dieser der Kontrollzähler angeuert durch das Messgerät hier
3:46 hinten. Was jetzt passiert ist nur, wenn innerhalb einer kurzen Zeitspanne sowohl bei dem Kontrollzähler etwas ankommt wie auch bei dem Zähler,
3:58 dann spricht man davon, dass Z, ZK in Koinzidenz sind. also, dass sie zeitgleich eigentlich zählen und dann weiß ich, das Photon, das hier gemessen
4:10 wurde, ist nicht irgendein Photon, das von irgendwo von der Seite kam, sondern das ist genau das Photon, das von hier kam, denn gleichzeitig wurde auch dieses
4:18 Photon ausgesamt. Somit kann ich sicherstellen, dass wenn dieser dieses Messgerät etwas misst und
4:28 gleichzeitig die beiden Zähler in Koinzidenz sind, nur dann weiß ich, ich habe genau ein Photon nur gehabt. Dieses eine Photon in meiner ganzen
4:37 Messung. Und was ich zeigt ist natürlich, dass die Anzahl der Messung, die ich bei Z mache und bei ZK genau gleich groß ist, denn es wird ja immer
4:48 nur gemessen, wenn bei beiden was auftritt. Das ist also noch nicht so spannend. Was ich jetzt aber machen kann, ich kann wieder meine Quelle,
4:56 genau die gleiche Quelle wie oben aufbauen, die wieder in beide Richtungen immer zeitgleich jeweils ein Photon
5:09 rausschickt. Jetzt setze ich hinter dieses Photon einen Doppelspalt und dahinter setze ich nicht nur ein Messgerät, sondern ich mache ein
5:20 Messgerät direkt da dran. das nächste Messgerät direkt da dran das nächste Messgerät und so
5:30 weiter, bis ich eine ganze Anzahl n Messgeräte habe. Dahinter wieder mein Koinzidenzähler. Hier drüben wieder mein Messgerät für mein Kontrollpfoton.
5:47 Und das ist wieder darüber verbunden zu meinem Controllzähler und alle alle anderen Zähler, das ist Zähler 1, Zähler
6:01 2, Zähler 3 und so weiter ist Zähler N. Und was ich jetzt dann sehe, wenn ich die Photonen immer gleichzeitig
6:14 losschicke und immer nur messe über den Koinzidenzähler hier, wenn ich sowohl bei meinem Kontrollzähler einen Ausschlag habe, wie
6:25 auch bei mindestens einem der anderen, dann finde ich zwei Sachen raus. Erstens, ich habe immer nur gleichzeitig einen Ausschlag bei dem Kontrollzähler
6:38 und bei einem der anderen Zähler, niemals bei mehreren gleichzeitig. Und ich finde raus, dass es bestimmte Zähler gibt, die quasi nie
6:49 zählen und andere, die ganz häufig zählen. Und das führt und zeigt noch mal die Erkältnisse, die wir aus der Quantenmechanik haben. Ich fange mit dem
6:58 zweiten an. Ich habe also bestimmte Zähler, die sehr häufig zählen. Ein hier und hier und hier und andere, die gar nicht zählen.
7:09 Na ja, das sind dann die Zähler, die häufig gezählt haben, die maxima. Wenn ich hier statt den Mess ähm statt den Messgeräten einen
7:19 Schirm aufstellen würde, hätte ich genau dort ein Maximum, hier ein Maximum und hier nämlich dort, wo die Zähler ganz viel gezählt haben und wo ein Zähler
7:28 quasi ganze Zeit gar nichts gezählt hat oder so gut wie gar nichts, da habe ich ein Minimum. Das ist noch nicht verwunderlich, das kennen wir auch aus
7:34 der klassischen Physik. Aber jetzt war ja die Frage, haben wir es denn wirklich geschafft, dass diese Minima und Maxima auch entstehen, obwohl ich ganz ganz
7:42 sicher immer nur einzelnes Photon durchschicke? Ja, das kann ich damit zeigen, denn ich habe auch immer nur dann etwas gezählt bei einem der Zähler,
7:53 wenn ich unten den Kontrollzähler auch gezählt habe, wenn ich also eine Koinzidenz hatte zwischen dem Kontrollzähler und einem der anderen
8:00 Zähler, die ich aufgebaut habe, wenn also die Messung, die ich am Kontrollzähler hatte und an einem der anderen nur wirklich wenige Nanosekunden
8:09 auseinander lagen und dann weiß ich, ist auch wirklich dieses Photon, das dadurch gegangen ist und Und da ich jetzt also sagen kann ganz sicher, ich habe nur ein
8:18 einzelnes Foto durchgeschickt, dass ich nicht teilen konnte oder ähnliches, dann kann ich auch sagen, okay, wie kann es dann nämlich zu diesen
8:27 Interferenzen kommen? Dann ist es nicht mehr das Photon selbst, das interferiert, sondern es ist die Wahrscheinlichkeitswelle des Photon, die
8:35 hier interferiert hat an diesen beiden Spalten. Das ist die Koinzidenzmethode. Koinzidenz steht also dafür, dass zwei zeitliche Ereignisse
8:46 ganz nah beieinander passieren innerhalb von wenigen Nanosekunden und damit miteinander verbunden sind. M.