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SG122 Quantenobjekte

klassisches Teilchen

Quantenteilchen

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Quantenobjekt ist der Oberbegriff für die Gegenstände der Quantenphysik. Er ersetzt den Teilchenbegriff der klassischen Physik, geht aber weit über ihn hinaus.

Das einfachste Quantenobjekt ist ein Quantenteilchen. Misst man die Teilchenzahl an einem solchen Quantenobjekt, so findet man immer die Teilchenzahl 1. Ein Quantenteilchen unterscheidet sich wesentlich von einem klassischen Teilchen. Be-stimmte Messwerte für "klassisch denkbare Eigenschaften" hat es nämlich nur dann, wenn sie gemessen sind. Z.B. kann der Ort gemessen werden oder die Geschwindigkeit (Impuls). Das Quantenteilchen kann nicht alle Eigenschaften eines klassischen Teilchens gleichzeitig haben, also z.B. nicht gleichzeitig Ort und Geschwindigkeit. Wenn der Ort gemessen  (also be-stimmt) ist, ist die Geschwindigkeit völlig un-be-stimmt und umgekehrt.

Es gibt andere Quantenobjekte mit einer be-stimmten Teilchenzahl. Auch sie sind gekennzeichnet durch einige unveränderliche Eigenschaften wie Gesamtmasse, Gesamtladung, etc. und weitere Eigenschaften, die vom jeweiligen (Gesamt-)Zustand abhängen. Teilchenzwillinge bestehen z.B. aus zwei Elektronen oder zwei Photonen (Photonenzwilling oder Biphoton oder Diphoton), d.h., wenn man die Teilchenzahl misst, erhält man stets 2. Andere Zweiteilchen-Zustände bestehen z.B. aus einem Photon und einem Atom. Die einzelnen Teilchen darin erhalten individuelle Eigenschaften erst durch eine Messung. Dabei bleiben die Erhaltungssätze erfüllt. Das heißt z.B., dass beide Teilchen nach einer Messung entgegengesetzten Drehimpuls (Spin) haben müssen, wenn der Gesamtspin 0 war (und ist). Abgesehen davon können sich bei der Messung für beide Teilchen jeweils andere individuelle Werte ergeben. Wenn man einen Teilchenzwilling im Auge hat, sollte man deshalb nicht von zwei einzelnen (individuellen) Teilchen sprechen.

Wenn man in einen Versuchsaufbau mit Teilchenzwillingen einen "Strahlengang" für einzelne Teilchen einzeichnet, kann das auch aus diesem Grund nur eine eigentlich nicht zutreffende Hilfsvorstellung sein.

Mit dieser Eigenschaft von Teilchenzwillingen wird auch das scheinbare EPR-Paradoxon erklärt.

Es gibt andere Quantenobjekte mit un-be-stimmter Teilchenzahl. Misst man durch ideale Messungen immer wieder die Teilchenzahl, findet man streuende Teilchenzahlen. Zu solchen Quantenobjekten gehören z.B. die kohärenten Zustände mit Photonen (Glauber-Zustände), die einer klassischen elektromagnetischen Welle sehr nahe kommen, oder ein Atomlaser.


Hinweis: Auf diesen Seiten werden die quantenphysikalischen Begriffe "be-stimmt" und "un-be-stimmt" immer entgegen der Duden-Vorschrift mit Bindestrich geschrieben um jede Verwechslung mit den gleichlautenden umgangssprachlichen Begriffen zu verhindern.

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( Juni 2014 )