Einzelphotonen-Interferenz-Experiment

Meiner Meinung nach besteht hier die grundlegende Verwirrung der Welle/Teilchen-Identität.

Wenn wir von Photonen sprechen, befinden wir uns im quantenmechanischen Regime, es ist ein elementares "Teilchen". Die Anführungszeichen sind notwendig, weil es kein Teilchen wie eine Billardkugel ist, und es ist keine Welle wie eine akustische Welle oder sogar eine klassische elektromagnetische Welle. Es ist ein mathematisch beschriebenes „Gebilde“, das sich je nach Experiment entweder wie eine Billardkugel verhält, also ein Punkt im vierdimensionalen Raum, aber mit bestimmten Quantenzahlen, (im Fall des Photons Spin, Polarisation und Nullmasse) oder wie eine Wahrscheinlichkeitswelle .

Wahrscheinlichkeitswelle in Fettdruck, um zu betonen, dass die Energie des Wesens, wenn es als Welle erscheint, nicht wie die Energie in Schallwellen im Raum verteilt ist. Die Entität erscheint immer mit einem bestimmten (x,y,z,t) (innerhalb der Heisenbergschen Unschärferelation ), aber die Wahrscheinlichkeit, sie dort zu finden, zeigt die Eigenschaften von Wellen, Interferenzmustern. .

Das Experiment, das Sie einrichten, kann die Wellennatur der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Photons nicht erkennen. Wenn dies im Vakuum erfolgt, spielt der Abstand keine Rolle für die Effizienz der Detektion. Aufgrund der Lichtgeschwindigkeit dauert es etwas länger, aber das Material des Detektors spielt keine Rolle: Das Photon ist entweder da oder nicht.

Beim Delayed-Choice-Experiment macht die Beschreibung den gleichen Fehler. Das einzelne Photon nimmt nicht beide Wege. Das Interferenzmuster entsteht durch die statistische Anhäufung vieler Photonen, die dann den Wahrscheinlichkeitswellenaspekt der Photonenwellenfunktion darstellen. Jedes einzelne Photon nimmt einen bestimmten Weg, aber die Wahrscheinlichkeit dafür wird durch den Interferenzaufbau beeinflusst.

Dies ist kein Interferenzexperiment (die Pfade werden nicht kombiniert). Es ist ein Aufbau zur Messung der Zwei-Photonen-Korrelationsfunktion (ein Hanbury-Brown-Twiss-Experiment). Es misst$g^{(2)}(t=L/c,t'=3L/c)$was Null ist, wenn der Eingangszustand ein Einzelphotonenzustand ist.

Was passiert ist, dass sich die "Single-Photon Wave Function" (WF) zum Strahlteiler ausbreitet und dort in zwei Komponenten aufgespalten wird, eine wird durchgelassen, die andere reflektiert. Manchmal$L/c$, kommt die gesendete Wellenfunktion am nahegelegenen Detektor an und die Wellenfunktion wird auf das Gerät projiziert. Dann klickt der Detektor mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (die bei einem balancierten Strahlteiler 1/2 beträgt). In diesem Fall verschwindet die reflektierte Wellenkomponente (sofort). Wenn der Detektor nicht klickt, wandert die „ganze Wahrscheinlichkeit“ in die reflektierte Wellenkomponente und etwas später, zum Zeitpunkt$3L/c$, der andere Detektor klickt. Die erste Detektormessung verändert also die Wellenfunktion (ähnlich wie beim Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment, mit dem Unterschied, dass die Wellenfunktion dort eine Zwei-Teilchen-Wellenfunktion ist).

Wenn Sie eine Quelle hätten, die Licht in alle Richtungen sendet, würde sich das Licht klassischerweise in doppelter Entfernung auf die vierfache Fläche ausbreiten. Die Intensität wäre also 1/4 so hoch.

Für ein einzelnes Photon passt der Weg, dem es folgt, zu einer Wahrscheinlichkeitswelle. Es besteht eine gewisse Chance, dass es Ihren Detektor erreicht, und eine gewisse Chance, dass es verfehlt. Je größer die Entfernung, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es den Detektor verfehlt.

Wenn beide Detektoren groß genug sind, dass das Photon nicht verfehlt, sollten Sie meiner Meinung nach unabhängig von der Entfernung die gleiche Wahrscheinlichkeit erhalten, dass das Photon an beiden Detektoren erkannt wird.

Denken Sie daran, dass der Strahlteiler kalibriert wurde. Wenn es bei gleicher Entfernung keine gleiche Wahrscheinlichkeit ergab, wurde es so lange angepasst, bis dies der Fall war.