Aufbau und Funktionsweise des Versuches

Der Versuchsaufbau besteht aus drei Teilen, der Photonenpaarerzeugung, den Polarisatoren, und dem Detektor. Alle drei Teile werden im Folgenden kurz vorgestellt.

Das Photonenpaar wird in einem Kristall erzeugt (siehe rechtes Bild). Der Laserstrahl trifft auf den Kristall, dieser absorbiert wenige einzelne Photonen. Für jedes absorbierte Photon emittiert der Kristall zwei Photonen mit der gleichen Wellenlänge. Im Weiteren wird dieser Teil von einer weißen Kappe abgedeckt.

Im äußeren Teil des Experiments (siehe rechts) wird das Photonenpaar von den Spiegeln zu den Polarisatoren gelenkt. Dabei wird darauf geachtet, dass die Wege beider Photonen gleich lang sind. Die Photonen treffen jeweils auf einen Polarisator und haben eine Chance den Polarisator zu durchqueren. Hinter dem Polarisator werden sie von den Linsen in ein Glasfaserkabel geleitet, welches sie zum Detektor führt. Hinweis: Die im Bild gezeigten Polarisatoren sind nur analog bedienbar, im tatsächlichen Experiment werden fernsteuerbare Polarisatoren verwendet.

Die Photonen, welche die Polarisatoren passieren, werden im Detektor aufgezeichnet. Zwei Photonen, welche innerhalb von 30ns in den beiden Kanälen des Detektors ankommen, werden als Photonenpaar erfasst. Diese Ereignisse werden Koinzidenzen genannt. 

Versuchsdurchführung – Messen der Bellungleichung

Im Versuch soll die Bellsche Ungleichung überprüft werden, dazu müssen die Erwartungswerte, welche Bestandteil der Ungleichung sind, gemessen werden. Die Erwartungswerte berechnen sich, wie im letzten Abschnitt beschrieben, aus den möglichen Ergebnissen des Experiments multipliziert mit ihrer Wahrscheinlichkeit.

Es existieren zwei mögliche Ergebnisse für jedes Photon, das Photon passiert den Polarisator und wird detektiert (A = 1) oder das Photon passiert den Polarisator nicht und wird nicht detektiert (A = -1). 

Für die zwei Photonen (A & B) existieren vier mögliche Ergebnisse:

Es ist jedoch nicht möglich nicht detektierte Photonen direkt zu zählen, da sie nicht gemessen wurden. Um dieses Problem zu lösen, wendet man einen kleinen Trick an. Und zwar entspricht die Anzahl der nicht detektierten Photonen bei einem Polarisatorwinkel   , der Anzahl der detektierten Photonen beim Polarisatorwinkel    + 90 °. Gemessen werden nun die in der Tabelle dargestellten Szenarien.

Dabei kennzeichnet der rechte Winkel jeweils einen um 90° weitergedrehten Polarisator.

Zum Experiment 

Kurzzusammenfassung

Einstein-Podolsky-Rosen Paradoxon Quantenphysik: x und p besitzen nicht gleichzeitig Realität
EPR: x und p können gleichzeitig Realität besitzen, daher ist die Quantenphysik nicht vollständig
EPR: Verwende lokale verborgene Variablen statt Quantenphysik
Bellsche Ungleichung Bell: Theorie von EPR wird im Bellexperiment limitiert durch


Wird dieses Limit überschritten, ist die Theorie von EPR falsch
Durchführung des Experiments Im Versuch werden Photonen gemessen, die gleichzeitig im Detektor ankommen (sogenannte Koinzidenzen).
Der Erwartungswert für die Ungleichung wird aus den gemessenen Photonen errechne durch:


Mehr Informationen zur Variante der Bellungleichung von CHSH und zur Umsetzung des Bellexperiments findest du im Artikel von J. Clauser, M. Horn, A. Shimony und R. Holt aus dem Jahr 1969.