Experimentelle Überprüfung des Welle-Teilchen-Dualismus mit Photonen

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!

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.

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.

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?

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.

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!

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?

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.

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

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.

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