Wurde dieses Doppelspaltexperiment mit Elektronen durchgeführt?

Würde man das Elektron an einem der Spalte messen, dann würden sich die Interferenzmuster nicht mehr bilden. Das liegt daran, dass das Muster durch Interferenz einer Elektronenamplitudenbeugung von Schlitz 1 und 2 erzeugt wird. Wenn Sie wissen, dass sich das Elektron an Schlitz 1 befindet, befindet es sich natürlich nicht mehr an Schlitz 2, und daher würden Sie das Interferenzmuster nicht erhalten .

Die Messung an Spalten könnte man als Wellenfunktionskollaps bezeichnen, ich würde aber eher von Quantenverschränkung mit der Umgebung sprechen. Nehmen wir an, wir haben zwei Schlitzzustände$\left|1\right>$Und$\left|2\right>$, die beschreiben, dass sich ein Elektron an den Schlitzen 1 bzw. 2 befindet. Nehmen wir auch an, dass wir zwei bereits gebeugte Zustände beim Erfassen haben (welches Gerät auch immer zum Messen des Interferenzmusters verwendet wurde).$\left|1'\right>$Und$\left|2'\right>$. Die Elektronen breiten sich auf triviale Weise von den Spaltzuständen zu den Detektorzuständen aus, so dass$\left|1\right>$wird$\left|1'\right>$Und$\left|2\right>$wird$\left|2'\right>$während die Elektronen reisen.

Die Anfangswellenfunktion ist$\left|1\right>+\left|2\right>$, und daher ist das Interferenzmuster$\left|1'\right>+\left|2'\right>$.

Lassen Sie uns nun Umgebungszustände definieren$\left|M1\right>$Und$\left|M2\right>$, die dem magnetischen Messsystem entsprechen, das BEEP oder BLIIP sagt, wenn das Elektron durch Schlitz 1 oder Schlitz 2 geht.

Wenn wir BEEP hören, wissen wir, dass unser System in Betrieb ist$\left|1\right>\left|M1\right>$, und wenn wir BLIIP hören, wissen wir, dass unser System in Betrieb ist$\left|2\right>\left|M2\right>$. Da sich das Elektron nur in einem dieser beiden Zustände befindet, wandert das Elektron zum Messgerät, was dazu führt$\left|1'\right>\left|M1'\right>$Und$\left|2'\right>\left|M2'\right>$bzw. Daher verschwindet das Interferenzmuster.

Wenn Sie an die Viele-Welten-Theorie glauben, können Sie sogar sagen, dass die Welt in ist$\left|1\right>\left|M1\right> + \left|2\right>\left|M2\right>$Zustand, und dann reist das Elektron zum Messgerät und die Welt ist drin$\left|1'\right>\left|M1'\right> + \left|2'\right>\left|M2'\right>$. Aber wenn Sie BEEP hören, sind Sie im Universum gefangen$M1'$für immer, und wenn du BLIIP hörst, bist du gefangen$M2$bzw.

Misst man die Elektronen an Schlitzen überhaupt nicht, trifft man auf eine Wellenfunktion wie$\big(\left|1'\right> + \left|2'\right>\big) \left|M\right>$, und Sie können dann das Interferenzmuster messen.

Tatsächlich wird es die ganze Zeit in einem Transmissionselektronenmikroskop gemacht. Meist handelt es sich nicht um einen einfachen Doppelspalt, sondern um einen Mehrfachspalt (in Form eines Kristallgitters). Dies geschieht in Gegenwart eines starken und ziemlich inhomogenen Magnetfelds, das von der Objektivlinse des Mikroskops erzeugt wird. Die Interaktion (und denken Sie daran, es ist ein InterAktion; die Linse beeinflusst das Elektron und das Elektron beeinflusst die Linse, wenn auch um einen winzigen und praktisch nicht messbaren Betrag) zwischen dem Elektron und diesem statischen Magnetfeld erzeugt jedoch keine Dekohärenz, sodass die Interferenz bestehen bleibt und Sie beide sehen können Beugungsmuster und Bilder mit atomarer Auflösung. Die Variation des Bildkontrasts mit Defokussierung entspricht der Welleninterferenz und nicht dem einfachen Massendickenkontrast, sodass Sie nicht nur die klassischen Schatten von Atomen sehen. Wenn Sie den Fokus variieren, können die Atome insbesondere als helle oder dunkle Punkte erscheinen.

Wenn jedoch das elektromagnetische Feld des sich schnell bewegenden Elektrons eine bestimmte Materialanregung auf eine Weise anregt, die einen messbaren Nettoenergieverlust des Elektrons erzeugt, dann wird dieser Teil der Elektronenwelle den elastisch durchlaufenden Teil nicht stören . Es ist nicht nur mit Freiheitsgraden im Material verstrickt, sondern auch seine zeitliche Frequenz ist unterschiedlich, sodass Sie ohnehin kaum Interferenzen sehen können. In diesem Fall können Sie sich vorstellen, die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials genutzt zu haben, um das Feld des passierenden Elektrons zu messen.

Lange Rede kurzer Sinn: Wenn die Interaktion zu einer Dekohärenz führt, zählt sie als Messung.

Das ist ziemlich genau der Punkt, nicht wahr. Claus Jönsson von der Universität Tübingen tat dies 1961 mit Elektronen. 1974 wiederholten die italienischen Physiker Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli und Giulio Pozzi das Experiment mit einzelnen Elektronen und zeigten, dass jedes Elektron wie von der Quantentheorie vorhergesagt mit sich selbst interferiert.