Düsseldorf 2004 – wissenschaftliches Programm

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DD: Didaktik der Physik

DD 10: Aus dem Unterricht für den Unterricht III

DD 10.4: Vortrag

Dienstag, 16. März 2004, 12:20–12:40, 5K

Einzelne Photonen am Doppelspalt — •Christian Vogl und Thomas Trefzger — Johannes Gutenberg Universität Mainz, Institut für Physik, Staudingerweg 7, 55099 Mainz, lehramt-physik@uni-mainz.de

Der “Dualismus" des Lichts ist eines der grundlegenden Phänomene zum Verständnis der gesamten Quantenphysik und nimmt im Lehrplan der Oberstufenphysik einen zentralen Platz ein. Probleme gibt es bei geeigneten Experimenten, die den “Dualismus" des Lichts in einem Experiment und möglichst gleichzeitig veranschaulichen sollen.

Basierend auf einer Ausstellungsarbeit der Universität Bonn [1] werden drei Experimente vorgestellt, deren Grundlage das Licht eines Diodenlasers ist.

Die Teilchennatur zeigt sich im Hörbarmachen von Photonen, die mit Hilfe eines PM’s detektiert werden. Der Wellencharakter wird im klassischen Doppelspaltversuch demonstriert.

Führt man das Doppelspalt-Experiment mit abgeschwächtem Licht durch, kann man die Auftreffpunkte einzelner Photonen dank einer CCD-Kamera mit Bildverstärker visualisieren. Das Interferenzmuster wird erst bei einer entsprechend hohen Anzahl von Treffern deutlich. Das heisst einzelne Teilchen erzeugen im Gesamten gesehen ein Muster, welches charakteristisch für Wellenphänomene ist. Da man keine sichere Vorhersage über den Auftreffpunkt des nächsten Photons treffen kann, können auch die stochastischen Aspekte der Quantenmechanik thematisiert werden.

[1] A.Weis, R.Wynands: Three demonstration experiments on the wave and particle nature of light,Bonn