Hallo! Ich möchte kurz mein aktuellstes Projekt vorstellen. Und zwar behandelt es den Welle-Teilchen-Dualismus anhand von Photonen. Diese werden mittels Photomultiplier (Hamamatsu 5773) einzeln detektiert, ergeben aber hinter einem Beugungsgitter (80 Linien/mm) ein schönes Interferenzmuster. Fast 3 Maxima sind im Graph der Zählraten zu sehen... Photonen sind also beides, sowohl Teilchen, als auch Welle ;-) Das Gehäuse habe ich deshalb mit Klebeband abdecken müssen, weil es lichtdurchlässig war. Habe ich mit einer Taschenlampe von außen gegen das Gehäuse geleuchtet, so stieg die Zählrate des Photomultipliers stark an. Anstelle des Gitters habe ich es zuerst mit einem Einfachspalt bestehend aus 2 Rasierklingen probiert. Da war leider das Maximum 0ter Ordnung im Vergleich zu den höheren Ordnungen zu dominant, bzw. haben sich die Maxima höherer Ordnung vom Hintergrund kaum noch abgehoben. Mit Gitter funktioniert es aber sehr gut. Zur Abschwächung des Lasers (5mW, grüner 532nm DPSS) verwende ich insgesamt 3 Stück Neutraldichtefilter (Kodak Wratten Nr. 96). 2 mal ND 4.0 und 1 mal ND 1.0. Die Gesamtabschwächung beträgt somit 10^-9! Hier noch der Link zum Video: https://www.youtube.com/watch?v=9ZaDhGMfNkU
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Christoph E. schrieb: > Photonen sind also beides, sowohl Teilchen, als auch Welle ;-) @TO: Meiner Anschauung nach sind sie weder noch, aber egal: ich finde es cool, dass sich jemand mit sowas praktisch beschäftigt. Machst Du das nur als Hobby oder hast Du einen Lehrauftrag (sprich: bist Du Lehrer an einer Schule)? @Comunity: Ich stelle mir gerade einen gewissen Herrn vor, der, sollte er das lesen, wie Rumpelstilzchen in seiner Kammer herumhopsen und laut vor sich hinfluchen wird: "es gibt keine Photonen, es gibt keine Photonen, Du kannst keine herzeigen, noch nie ist eines über eine Strecke gelaufen...!" :D PS: nochmal @TO: Falls Du nicht weißt, was mein letzter Absatz zu bedeuten hat: das ist hier im Forum für alteingesessene ein Insider. ;) Bitte verzeih, ich konnte nicht widerstehen!
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Sehr schönes Projekt. @M.A. S. Gibts den noch? Hab schon lange nichts mehr von ihm gelesen. Grüsse, René
Beitrag #5610959 wurde von einem Moderator gelöscht.
René H. schrieb: > @M.A. S. Gibts den noch? Hab schon lange nichts mehr von ihm gelesen. > > Grüsse, > René Hier im Forum nicht, zumindest nicht als Kritiker der modernen Physik, weil er, wenn er es hier versucht, moderantionsseitig gestoppt wird. Aber hier: https://www.expertenaustausch.com/sci-physik/ ...tritt er fulminater auf, als er es hier je getan hat.
Christoph E. schrieb: > Photonen sind also beides, sowohl Teilchen, als auch Welle ;-) Nun erlaube ich mir noch etwas Kritik an dem Projekt: Was genau soll es eigentlich zeigen? Wollte man zeigen, dass Licht sich wellenartig ausbreitet (also Beugung und Interferenz zeigt) aber danach hinter dem Gitter zu einer Zeit nur an einem Punkt mit Materie wechselwirkt und nicht überall (in allen Maxima des Interferenzmusters gleichzeitig), so reicht leider ein Lichtsensor an einer Stelle nicht aus sondern man müsste den gesamten Bereich parallel scannen.
Es ging/geht mir darum zu zeigen, dass man Licht lokal und diskret detektieren kann wie es bei einem Teilchen zu erwarten wäre (bei einer Welle würde ich ja durchgehend ein kontinuierliches Signal am Empfänger erhalten), es aber dennoch zu Interferenzerscheinungen wie bei einer Welle kommt. Aber ich verstehe, was du meinst M.A.S. Das "Besondere" an meinem Aufbau ist also wie gesagt der Einzelnachweis der Photonen. Wenn's mir nur um das Interferenzmuster gegangen wäre, hätte ich auch mit einer Photodiode hinter dem Gitter scannen und die Spannung in Abhängigkeit von der Position messen können. Das würde dann aber auch mit einer reinen Welle zu erklären sein...
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> Diese (Photonen) werden > mittels Photomultiplier (Hamamatsu 5773) einzeln detektiert, ... ******* Das wollte ich schon immer bestätigt wissen: Wenn also ein EINZELNES Photon durch ein Strichgitter (o.ä.) geschickt wird, dann landet es genau an EINER Stelle. An welcher Stelle, ist aber unbestimmt; mittels dem Wellenmodell kann man die statistische Verteilung bei "vielen" Photonen angeben. (?)
Christoph E. schrieb: > Wenn's mir nur um das Interferenzmuster gegangen wäre, > hätte ich auch mit einer Photodiode hinter dem Gitter scannen und die > Spannung in Abhängigkeit von der Position messen können. Das würde dann > aber auch mit einer reinen Welle zu erklären sein... Völlig klar. Immerhin zeigt Dein Versuch ja ein zeitdiskretes Verhalten des Lichtes.
In dem Zusammenhang kann ich Richard P. Feynmans Buch "QED" empfehlen. Eine Erklärung der Quantenelektrodynamik* ohne Mathematik. Wer vergnüglichen Lesestoff sucht kann sich noch "Sie belieben wohl zu scherzen Mr Feynman" besorgen. Sehr schöner Lesestoff, auch für Nicht-Naturwissenschaftler *Dafür hat er mit anderen den Physik Nobelpreis erhalten
@Christoph: Hut ab für das Projekt.
>Wenn also ein EINZELNES Photon durch ein Strichgitter (o.ä.) >geschickt wird, dann landet es genau an EINER Stelle. >An welcher Stelle, ist aber unbestimmt; mittels dem Wellenmodell kann >man die statistische Verteilung bei "vielen" Photonen angeben. Genauso ist es. Damit es ein Interferenzmuster zeigt, muss es aber auch über die Spalte neben dem Spalt durch den es gelaufen ist auf eine Art Bescheid wissen ;-)
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M.A. S. schrieb: > "es gibt keine Photonen, es gibt keine Photonen, > Du kannst keine herzeigen, noch nie ist eines über eine Strecke > gelaufen...!" Hier: Beitrag "Re: Abstrahleigenschaften von Radiowellen durch Untersuchung sichtbarer elektromagn. Strahlung"
M.A. S. schrieb: > Meiner Anschauung nach sind sie weder noch, aber egal Mal als Anmerkung: Wenn die momentane Theorie zu Licht (welche mehrfach experimentell bestätigt wurde) falsch ist, ist sie verdammt gut falsch!
Frage: Wie stellst Du sicher, dass Du einzelne Photonen zählst? Du hast eine Impulsrate von 200 Hz im Maximum. Wenn ich das mal überschlage: Die Energie eines Photons bei 532nm ist Ephoton = 3.7E-19 J. Der Laser hat eine Ausgangsleistung von Plaser = 5mW. Damit emittiert er etwa Nphoton = 14E15 Photonen pro Sekunde. Du filterst mit 10^9, damit bleiben nach dem Filter noch Nfilter = 14E6 Photonen pro Sekunde. Selbst wenn davon nur 10% im ersten Maximum landen und davon durch den Spalt des PMT nur 10% gelangen und der PMT nur jedes zweite Photon detektiert (was schon ziemlich mies wäre) sind das immer noch 300mal mehr Photonen als Du zählst. Wo sind die hin?
Folgende Punkte sind zu berücksichtigen: Die quantenausbeute des photomultipliers beträgt bei 532nm nur rund 20%. http://www.icpdf.com/HAMAMATSU_datasheet/H6780-02_pdf_456455/H6780-02_2.html#view Hier sieht man das beugungsmuster meines Gitters: https://forum.mosfetkiller.de/viewtopic.php?f=6&t=61526&start=75 Demnach dürften so 5-10 Prozent ins ein helleres maximum fallen... Doppel- oder mehrfachpulse werden nicht getrennt voneinander registriert, da ich ja ein monoflop ansteuere mit relativ langer pulsdauer... Ich schleuse die pulse ja auch noch durch einen komparator, und da fallen (deutlich) niedrigere pulse durch...
Karl K. schrieb: > Frage: Wie stellst Du sicher, dass Du einzelne Photonen zählst? Beim Single-Photon-Counting erkennt man die Elektronenlawine jedes Einzelphotonen an der einheitlichen Ladung. Erst wenn der Photonenstrom zu hoch wird, überlagern sich die Pulse.
Und das noch: ich lasse den Laser auf nahezu unterster Stufe (U = ca. 2.65 V) laufen. Dies u.a. Deshalb, damit mir der gelatine-Filter nicht löchrig wird... Laut Datenblatt läuft er mit zumindest 3V... Demnach hat er vermutlich keine 5 mW. Ich werde morgen aber auch noch eine Abschätzung anstellen.
Wolfgang schrieb: > Beim Single-Photon-Counting erkennt man die Elektronenlawine jedes > Einzelphotonen an der einheitlichen Ladung. Das ist die Theorie, in der Praxis sieht das sehr anders aus. Ich hab damit auch schon meinen Spass gehabt. Deswegen bin ich da drauf gestoßen.
Karl K. schrieb: > Das ist die Theorie, in der Praxis sieht das sehr anders aus. Sowohl in der Theorie als auch in der Praxis gehorcht der Abstand der durch Photonen ausgelösten Pulse einer Poisson-Verteilung, d.h. auch bei niedriger Photonenrate besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit für das Überlappen von Pulsen. Dazu kommen thermisch ausgelöste Elektronen, die durch anständige Kühlung des PMT kräftig reduziert werden können. Wenn Theorie und Praxis nicht zusammen passen, beschreibt die Theorie die Dinge nur unzureichend.
Christoph E. schrieb: > Diese werden mittels Photomultiplier (Hamamatsu 5773) einzeln > detektiert, Hallo! Sehr schönes Projekt! Glückwunsch! Meine Frage: Kann man die einzelnen Photonen hörbar machen indem man einen Lautsprecher anschließt? Würde das sehr gerne mal hören! Du könntest das machen und vielleicht eine Sounddatei hier posten. Ich würde erwarten, das der Ton sehr stark verrauscht klingt weil... Man könnte ein paar statistische Berechnungen damit anstellen oder 1A Zufallszahlen erzeugen.
Bastelfreund schrieb: > Man könnte ein paar statistische Berechnungen damit anstellen ? Bastelfreund schrieb: > oder 1A > Zufallszahlen erzeugen. Ist nichts Neues.
Bastelfreund schrieb: > Kann man die einzelnen Photonen hörbar machen indem man > einen Lautsprecher anschließt Ja. Siehe Photonen_Dualismus_30.jpg + Schaltplan
Wolfgang schrieb: > Karl K. schrieb: >> Frage: Wie stellst Du sicher, dass Du einzelne Photonen zählst? > > Beim Single-Photon-Counting erkennt man die Elektronenlawine jedes > Einzelphotonen an der einheitlichen Ladung. Erst wenn der Photonenstrom > zu hoch wird, überlagern sich die Pulse. Das ist in der Praxis überhaupt nicht der Fall, wenn du dir mal den Output von einem Photomultiplier anschaust. Die Energien der Einzelpulse schwanken sehr stark. Das liegt daran, dass an jeder Dynode ein stochastischer Prozess stattfindet, der irgendwieviele Sekundärelektronen auslöst, das sind aber nicht immer gleich viele. Vor allem an den ersten paar Dynoden sorgt das für beträchtliche Schwankungen (nicht nur ein paar Prozent, sondern typ. 50% und mehr). Cooles Projekt, jedenfalls!
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Hier mal zur Ergänzung - mein Lieblingsvideo zu diesem Thema: https://youtu.be/3ohjOltaO6Y Frage mich ob man diese Beobachtung am Spalt auch mit "Bastlermittel" realisieren könnte?
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Eine Sache allerdings noch: das einzelne Detektieren ist nicht notwendigerweise der Punkt. Worauf es ankommt, ist dass sich zu jedem Zeitpunkt nur ein Photon im Aufbau befindet. Hast du das mal nachgerechnet, ob das der Fall ist? Klingt aber grob überschlagen realistisch bei 1mW Laser mit ND 9.
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Alex G. schrieb: > Hier mal zur Ergänzung - mein Lieblingsvideo zu diesem Thema: > Youtube-Video "Doppelspalt-Experiment - Quantenphysik einfach erklärt" Danke! Gute Nacht.
Hier ein geniales Experiment am Doppelspalt: https://www.youtube.com/watch?v=-eHY2yX2gX4 https://www.youtube.com/watch?v=2Uzytrooz44
Sven B. schrieb: > Worauf es ankommt, ist dass sich zu jedem > Zeitpunkt nur ein Photon im Aufbau befindet. Definiere Zeitpunkt. Wie oben berechnet sind es immer noch ein paar Mio Photonen pro Sekunde nach den Filtern. Abgesehen davon ist das nicht ganz korrekt. Der PMT detektiert ja - siehe Einstein, äußerer photoelektrischer Effekt - Teilchen. Der Witz im Experiment ist halt, dass die Teilchen nach dem Gitter nicht gleichverteilt sind, sondern ihre Häufigkeit einem Interferenzmuster folgt, welches nur mit Welleneigenschaften erklärt werden kann.
hinz schrieb: > Karl K. schrieb: >> Wo sind die hin? > > Der Kurt war da! Da sind sie geflüchtet. Alle auf der Zugspitze... SCNR
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Beitrag #5611612 wurde von einem Moderator gelöscht.
Karl K. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Worauf es ankommt, ist dass sich zu jedem >> Zeitpunkt nur ein Photon im Aufbau befindet. > > Definiere Zeitpunkt. Wie oben berechnet sind es immer noch ein paar Mio > Photonen pro Sekunde nach den Filtern. Wenn ein Photon auf dem Detektor auftritt, sollte statistisch das zweite noch nicht die Quelle verlassen haben. > Abgesehen davon ist das nicht ganz korrekt. Der PMT detektiert ja - > siehe Einstein, äußerer photoelektrischer Effekt - Teilchen. Der Witz im > Experiment ist halt, dass die Teilchen nach dem Gitter nicht > gleichverteilt sind, sondern ihre Häufigkeit einem Interferenzmuster > folgt, welches nur mit Welleneigenschaften erklärt werden kann. Das könntest du aber auch nachweisen, wenn du einfach nur mit einem Laser auf ein Gitter leuchtest und ein Foto machst. Der CCD-Chip detektiert nämlich auch Teilchen. Der Witz bei diesem Experiment ist eigentlich schon, dass du ein einzelnes Energiequant hast, was alleine immer noch den Interferenzeffekt produziert. Dazu muss es sich auch alleine im Aufbau befinden, sonst ist es nur ein normales Doppelspaltexperiment mit schwachem Licht. Wie gesagt, ich glaube das ist hier der Fall, aber das ist die Bedingung die für ein aussagekräftiges Experiment nachgeprüft werden muss.
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Sven B. schrieb: > Wenn ein Photon auf dem Detektor auftritt, sollte statistisch das zweite > noch nicht die Quelle verlassen haben. Bei einer angenommenen Weglänge von 30cm braucht ein Photon 1nsec vom Laser zum Detektor. Solange die Anzahl am Gitter ankommenden Photonen deutlich unter 1Mrd pro Sekunde liegt, kann man das also als gegeben annehmen.
Christoph E. schrieb: > Ich möchte kurz mein aktuellstes Projekt vorstellen. Sau geil Alter, weiter so!
> Sau geil Alter, weiter so!
Ich kann mich meinen Vorrednern nur anschließen. Wahnsinn was Du da auf
die Beine gestellt hast!!!
Ich hätte da eine spezielle Frage zum Strichgitter. Du schreibst es hat
300 Linien. Ist das "nur" ein belichteter Film oder handelt es sich um
eine Glasplatte mit aufgedampften Chromstrukturen. Das geht aus der
Beschreibung im Shop leider nicht hervor.
Gruß, Steffen
Danke, danke... Zum Gitter, kann ich dir jetzt leider auch keine genaue Auskunft geben, Steffen. Film ist es aber wohl nicht, ist nämlich recht dick. Hat aber nur 80 Linien/mm...
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