Bomb Tester Analogieversuch mit Michelson Interferometer

Das "Bomb Tester" Experiment kann heutzutage durch Verwendung von Einzelphotonquellen und -detektoren problemlos durchgeführt und die Theorie hinter dem Gedankenexperiment bestätigt werden. Leider sind solche Aufbauten aufwändig und teuer. Allerdings kann man Analogie-Experimente mit „vielen Photonen“, sprich kontinuierlichem Laserlicht, durchführen, um die Sachverhalte zu veranschaulichen. Diese sind sogar im Schulunterricht machbar. Der Übergang zum Einzelphoton muss dann gedanklich gemacht werden.
Für das Analogie-Experiment verwenden wir ebenfalls ein Michelson-Interferometer, hier nehmen wir jedoch keine Einzelphotonquelle, sondern einen Laser. Als Detektor wird daher kein Einzelphotondetektor, sondern ein einfacher Photodiodendetektor verwendet, der schlichtweg Lichtintensitäten misst. Es werden also letztlich keine Einzelphotonen gemessen, sondern die Wahrscheinlichkeiten der möglichen Wege/Zustände (integriert über viele Photonen), die die Photonen realisieren können. Unser Aufbau ist in Abb. 1 gezeigt:

Abb. 1: Bomb Tester Aufbau mit Michelson Interferometer

Wir verwenden einen Standard Michelson Interferometer Aufbau mit einem Photodiodendetektor, der an ein normales Multimeter angeschlossen wird. Das Interferometer wird so eingestellt, dass zunächst destruktive Interferenz am Ort des Detektors herrscht. In mehreren Versuchsschritten sollen nun die einzelnen Fälle des Knaller Experiments simuliert und die Intensität am Detektor gemessen werden. Wir können in dem Versuch schließlich herausarbeiten, dass man letztlich 25% der funktionsfähigen Knaller/Bomben selektieren kann, ohne sie "hochgehen" zu lassen, da die Messung wechselwirkungsfrei ist.

Anmerkung: Im diesem Analogieversuch werden nur Lichtintensitäten gemessen, entsprechende Ergebnisse (Prozentsätze) können daher auch klassisch vollständig erklärt werden (Elektrodynamik/Optik). Allerdings kann man anschaulich zum quantenmechanischen Photonenbild wechseln und die Ergebnisse dahingehend mit den Schülern interpretieren. „25% gemessene Lichtintensität“
würde also bedeuten, dass ein Photon mit einer Wahrscheinlichkeit von 25% auf den Detektor trifft, oder auch dass von 100 Photonen, die in den Aufbau geschickt werden, 25 im Detektor registriert werden.