EXP:Analogieexperiment Knaller-Test
Mit dem Knaller-Test kann ein Objekt im Strahlengang einer Einzelphotonenquelle nachgewiesen werden, ohne direkt mit einem Photon wechselzuwirken. In diesem Analogieexperiment verwendet man einen Laser als kontinuierliche Lichtquelle statt der Einzelphotonenquelle und übersetzt die Wahrscheinlichteitsverteilung der Photonen mit der Intensitätsverteilung des Lasers.
Benötigtes Material
- Thorlabs Stativmaterial
- 2 Spiegel
- Strahlteiler
- Laser
- Photodiode
- Oszilloskop
Versuchsaufbau
Mit den Spiegeln, dem Laser und dem Strahlteiler, wie in der Abbildung zu sehen, ein Michelson-Interferometer aufbauen. Als Detektor wird eine Photodiode verwendet, hier mit Abschirmröhre uns Linse. Die Photodiode an ein Oszilloskop oder alternativ an ein Spannungsmessgerät anschließen. Es bietet sich an, zur Ausrichtung die Photodiode durch einen weißen Schirm zu ersetzten, um die Strahlen zu überlagern.
Auswertung
Mit freiem Strahlengang hat die Photodiode eine Spannung von 6V gemessen. Da es sich um ein Michelson-Interferometer handelt, entsprict dies 50% der gesamten Intensität des Lasers (3. Bereich im Bild). Beim platzieren der Bombe im Strahlengang wurden 3V gemessen, was 25% der gesamten Intensität entspricht (2. Bereich im Bild).
Mögliche Probleme und ihre Lösungen
Beim Knaller-Test wird eigentlich ein Mach-Zehnder-Interferometer verwendet. Mit diesem Aufbau wird beim Platzieren eines Knallers im Strahlengang insgesamt noch 25% der Ursprünglichen Intensität gemessen. Beim Versuchsaufbau mit dem Michelson-Interferometer gehen jedoch 50% der Intensität verloren, da sie vom Strahlteiler zurück zum Laser geworfen werden. Somit misst man beim Platzieren eines Knallers 50% im Vergleich zur Messung ohne Knaller, was insgesamt wieder 25% der Intensität des Lasers entspricht.
Es handelt sich hier um ein Analogieexperiment zu Quanteneffekten. Allerdings können die Ergebnisse dieses Experiments auch klassisch erklärt werden. Daher muss intensiv auf die Übersetzung der Analogie (Intensität entspricht Wahrscheinlichkeit) eingegangen werden, da die SuS ansonsten in Versuchung geraten, das Verhalten von Photonen klassisch erklären zu wollen.
Sicherheitshinweise
Beim Arbeiten mit Laser ist stets darauf zu achten, zur Justage Beamblocker zu verwenden. Handschmuck wie Ringe oder Uhren sollten abgelegt werden, um ungewollte Reflexionen zu vermeiden.
Fotos
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