Techniklexikon

Delayed-Choice-Experiment

1978 von Wheeler vorgeschlagenes Experiment zum Test des quantenmechanischen Superpositionsprinzips, bei dem eine in einem experimentellen Parameter gespeicherte Information später ausgelesen werden kann, wobei sich der Beobachter aber genauso entscheiden kann, die im System gespeicherte Information nicht auszulesen. Ein solches Experiment kann mit Hilfe eines Neutronen-Interferometers durchgeführt werden (Mach-Zehnder-Interferometer, Abb.). Ein monoenergetischer Neutronenstrahl wird mit einem ersten Strahlteiler aufgeteilt. Die Dichte des Strahls ist dabei so gering, dass sich im Mittel nur ein Neutron im Interferometer befindet. Die Phase der Neutronen in einem Teilstrahl kann durch einen Phasenschieber F um einen Phasenwinkel a verschoben werden. Die beiden Teilstrahlen werden über die Spiegel B und C und einen zweiten Strahlteiler E wieder vereinigt und lassen sich mit den Detektoren D₁ und D₂ nachweisen. Der Strahlteiler E kann entsprechend dem Wunsch des Beobachters während des Experiments herausgenommen oder in den Strahlengang hineingestellt werden. Befindet sich der Strahlteiler E im Strahlengang, so lässt sich durch Variation des Phasenwinkels a Interferenz der beiden Teilstrahlen beobachten. In diesem Fall hängt die relative Zählrate an D₁ und D₂ also von a ab. Steht der Strahlteiler E nicht im Strahlengang, so messen beide Detektoren unabhängig von a den Wert 50% für die relative Zählrate, da in diesem Fall keine Interferenz der beiden Teilstrahlen stattfinden kann. Der Beobachter kann also entscheiden, ob er die Information über den Parameter a ausliest oder nicht. Diese Entscheidung kann er auch dann noch treffen, wenn ein Neutron den ersten Strahlteiler schon passiert hat. Dies ist mit dem "klassischen" Welle-Teilchen-Dualismus nicht vereinbar, wonach die Entscheidung ob das Neutron als Welle auftritt und partiell in beiden Teilstrahlen vorliegt oder ob es als Teilchen auftritt und nur in einem Teilstrahl vorliegt, bereits am Strahlteiler A getroffen werden muss. In der quantenmechanischen Behandlung des Problems muss die Wellenfunktion des Neutrons als Überlagerung der beiden möglichen Wege angesetzt werden. Derartige Experimente wurden auch mit Photonen durchgeführt (Alley et al. 1984, Hellmuth et al. 1986) und bestätigen die Vorhersagen der Quantenmechanik.

Delayed-Choice-Experiment: Aufbauprinzip eines Delayed-Choice-Experiments in Form eines Mach-Zehnder-Interferometers.