Wie verhält es sich bei der Doppelspalt-Experiment-Variante, bei der 2 halbverspiegelte Spiegel und 2 Spiegel verwendet werden, um die Interferenz eines Photonenstroms oder einzelner Photonen zu einem bestimmten Zeitschritt zu veranschaulichen, wenn das Experiment aus allen 4 Spiegeln besteht? das Photon in jeder Illustration des Experiments, von dem ich je gehört habe, immer weiß, dass es zu Kamera 1/A gehen soll? Warum geht es bei diesem Setup nicht IMMER zu Kamera 2/B? Scheint so willkürlich und ich bin nie auf den Grund gestoßen.
Diagramm zur Auffrischung: (Nehmen Sie an, dass alle Abstände im Diagramm gleich sind.)
[CAM 1/A] (beam)
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regular mirror |
//---------------------/ [CAM 2/B] (no beam)
| | half-silvered mirror #2
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[XXX>--/---------------------// regular mirror
^half-silvered mirror #1
[XXX>ist der Photonen-Emitter/Laser. Der Schrägstrich rechts neben dem Photonenemitter stellt einen der beiden halbversilberten Spiegel dar, die ich als halbversilberten Spiegel Nr. 1 bezeichnet habe.
Also ... warum entscheidet das Photon, wenn eine Interferenz am halbversilberten Spiegel Nr. 2 auftritt, dass es die Kamera mit der Bezeichnung CAM 1 / A bevorzugt, wenn es jedes Mal, wenn es interferiert, einfach zur anderen CAM gehen könnte?
Das Licht von den beiden unterschiedlichen Pfaden geht in Phase zu Nocken 1 und phasenverschoben zu Nocken 2. Um dies zu sehen, schauen wir uns jeden Pfad an, der zu Kamera 1 führt, und jeden Pfad, der zu Kamera 2 führt.
Wichtig zu wissen ist, dass beide "halbversilberten Spiegel" tatsächlich Grenzflächen zwischen optischen Medien mit zwei unterschiedlichen Brechungsindizes sind. Die Grenzfläche verläuft in beiden Fällen von links unten nach rechts oben, und in beiden Fällen hat das Medium oben links einen niedrigeren Brechungsindex und das Medium unten rechts einen höheren Brechungsindex. (Eigentlich könnten sie umgedreht werden, aber sie müssen miteinander konsistent sein).
Beginnen wir mit cam1. Und für cam1 beginnen wir mit dem oberen Pfad. Das Licht trifft zuerst auf den Spiegel und sammelt sich der Phase, weil es reflektiert wird, während es sich von einer Grenzfläche mit niedrigem Brechungsindex zu einer Grenzfläche mit hohem Brechungsindex bewegt. Dann legt das Licht die vertikale Distanz zurück und erhält eine gewisse Phase. Dann wird das Licht vom Spiegel reflektiert und erhält ein anderes Phase. Dann wird das Licht von dem anderen halbversilberten Spiegel reflektiert und wieder aufgenommen Phase, dann geht das Licht zu Nocke 1. Die akkumulierte Gesamtphase ist Distanz + .
Betrachten wir nun den anderen Pfad zu cam1 (den unteren Pfad). Hier gibt es am Spiegel keine Phase, da er durchläuft. Es akkumuliert Phase aus dem horizontalen Abstand und a der Phase, wenn es vom Spiegel reflektiert wird. Es akkumuliert auch die vertikale Entfernungsphase. Beachten Sie schließlich, dass sich beim Passieren des Spiegels keine Phase ansammelt. Somit ist die auf diesem Weg zu Nocken 1 akkumulierte Phasenmenge Abstand+ .
Da sich die aufsummierten Phasen der beiden Pfade um unterscheiden , fügen sie konstruktiv hinzu und man sieht ein signal an cam1.
Jetzt denken wir an cam2. Wir erwarten, dass die beiden Pfade die gleiche Entfernung wie zuvor zurücklegen, also betrachten wir nicht die Phasenbeiträge aus der Entfernung, sondern nur die Reflexion. Beginnen wir mit dem oberen Pfad. Hier sammelt es sich an der Phase vom Reflektieren am ersten Spiegel, genau wie zuvor. Außerdem erwirbt es der Phase, wenn sie vom zweiten Spiegel reflektiert wird. Beim Durchgang durch den letzten Spiegel erhält es jedoch keine Phase. Somit hat es insgesamt der Phase
Betrachten wir nun den unteren Pfad zu cam2. Es erhält keine Phase, wenn es durch den ersten halbversilberten Spiegel geht. Es wird wenn es vom normalen Spiegel reflektiert wird. Schließlich erhält es keine Phase, wenn es von dem Endspiegel reflektiert wird, da es reflektiert wird, während es sich von einem Material mit hohem Brechungsindex zu einem Material mit niedrigem Brechungsindex bewegt. Somit hat es eine kumulierte Gesamtphase von . Diese unterscheidet sich von der Phase des anderen Weges dadurch und so addieren sich diese Pfade destruktiv.
Aus diesem Grund sehen Sie nur an einem Detektor ein Signal, obwohl der Aufbau etwas symmetrisch erscheint.
Dieser auf Halbsilber basierende Aufbau ist als Mach-Zehnder-Interferometer bekannt. Sie können dieses Verhalten sehen, wenn Sie ein Photon an dieses Interferometer senden. Das Photon bewegt sich sowohl auf dem oberen als auch auf dem unteren Pfad. Der untere Pfad weist dem Photon ein Minuszeichen (Phasenverschiebung um 180 Grad) zu, sodass es ausgelöscht wird und immer CAM 1/A erreicht.
Ich habe es zu Hause mit normalem Laserlicht versucht. die Strahlen erreichen sowohl CAM 1/A als auch CAM 2/B. Aber ich konnte Interferenzmuster bei beiden Strahlen sehen.
Die Antwort ist ganz einfach. Der Grund dafür ist, dass der erste halbversilberte Spiegel das Licht nach unten reflektiert und daher kein Licht im Weg zu Cam2 ist
Stefan Bischof