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Bomb Tester - Der Knaller-Test

Kann man das Vorhandensein eines Objekts messen, ohne dass eine Wechselwirkung mit dem Objekt stattfindet? Anders formuliert: Kann man einen Gegenstand sehen, der keinem einzigen Lichtquant ausgesetzt werden darf? In der makroskopischen Welt
erscheint das absurd, in der Quantenphysik ist es tatsächlich möglich: nach dem Prinzip der „wechselwirkungsfreien Quantenmessung“. Die beiden Physiker Elitzur und Vaidman veröffentlichten dazu 1993 ein Gedankenexperiment1, den „Bomb-Tester“, der in der Schulliteratur meist „Knaller-Test“ genannt wird. Ein Artikel im Spektrum der Wissenschaft2 beschreibt das Experiment auf anschaulichere Art als die Originalpublikation.

Als Start des Gedankenexperiments dient eine bestimmte Menge von Knallern, die so geartet sind, dass sie explodieren, sobald sie von nur einem einzigen Photon getroffen werden. Das Problem ist, dass einige von ihnen defekt sind und auch bei Wechselwirkung mit dem Photon nicht explodieren, es sind also Blindgänger. Die Blindgänger sind von den funktionierenden Knallern allerdings äußerlich nicht zu unterscheiden. Wie kann man nun feststellen, welche Knaller funktionieren und welche nicht? Wenn man ein Photon darauf schießt, werden logischerweise alle funktionsfähigen Knaller explodieren. Gibt es eine andere Möglichkeit?
Wir brauchen also eine wechselwirkungsfreie Methode, sodass möglichst viele funktionierende Knaller gerettet werden können. Dies bietet die Quantenphysik. Im Unterricht kann man das als Analogie-Versuch mit Hilfe eines Michelson-Interferometers
zeigen. Dazu ist es wichtig zu verstehen, was eine quantenmechanische „Welcher-Weg“- Entscheidung ist und wie eine Messung die Interferenz zerstören kann.

 

1A. Elitzur, L.Vaidman: Quantum mechanical interaction-free measurements, Foundations of Physics 23, 1993, S. 987-997

2P. Kwiat, H. Weinfurter, A. Zeilinger: Wechselwirkungsfreie Quantenmessung, Spektrum der Wissenschaft, Januar 1997, S.42 ff.