P 76: Ich hab den Unsinn nicht geschrieben!

 12.3 Das Bunching verhindert Ein-Photonen-Experiment

2003 wollten drei Jugendliche (Jonas Schmöle, Christoph Muster, Jens Pfeiffer) mit einzelnen Photonen experimentieren.

Im Rahmen der Vorbereitung entwickelten sie einen Versuch, bei dem ein Laserstrahl soweit abgeschwächt wurde, dass immer weniger Photonen in ihrer Apparatur waren. 

Zur Registrierung verwendeten sie einen Schwarz-Weiß-Film, also eine chemische Schicht.

Am Anfang konnte die Reduktion der Intensität durch eine längere Belichtungszeit ausgeglichen werden. Doch dann ging nichts mehr...bei sehr kleinen Intensität konnten sie noch so lange belichten, es war nichts auf dem Film zu sehen.

Recherchen und Kontrollexperimente ergaben:

Damit eine chemische Schicht in einem Film belichtet wird, müssen mehrere Photonen schnell hintereinander ankommen.

Die Photonen in einem Laserstrahl sind aber recht gut gleichmäßig verteilt. Da geht es nicht.

Taylor hatte keinen Laser, er arbeitete mit normalem thermischen Licht.

 

Er konnte immer, auch bei sehr geringen Intensitäten, eine Belichtung nachweisen. Aber das ging nur, weil im thermischen Licht der Bunching-Effekt auftritt: Photonen sind immer in kleinen Gruppen unterwegs.

Eine solche Photonengruppe kann die Filmschicht dann belichten.

Somit konnte Taylor nie mit einzelnen Photonen arbeiten. Die Gruppen lassen sich nicht trennen!

Die drei Jugendlichen wurden mit dieser Arbeit Regionalsieger, Landessieger und bekamen schließlich den Bundessieg  bei "Jugend forscht" in Physik.

 

Der Laudator, ein Physikprofessor, betonte, dass er seine Lehre umstellen will, denn man kann erst von Ein-Photonen-Experimenten reden, wenn Laserlicht reduziert wird. Er kündigte an: "Die Lehrbücher müssen umgeschrieben werden!"

Nach der Preisverleihung kam einer der beiden Autoren des damals sehr beliebten Schulphysikbuches "Dorn-Bader" an den Stand (ich weiß nicht mehr wer von den beiden Autoren...) und sagte: "Den Unsinn mit dem Taylor habe ich nicht geschrieben, dass war der andere..."

 Aber es steht immer noch falsch in den Neuauflagen.

 

Nur mit Laserlicht oder nichtklassischem Licht kann man Experimente mit einzelnen Photonen machen.

Dieses Bunching der Photonen ist auch maßgebend für den Hong-Ou-Mandel-Effekt: Kommen zwei Photonen an einer Glasplatte an, werden sie bevorzugt gemeinsam in eine Richtung weitergeleitet.

Sie sind schon seltsam, diese Lichtquanten! 

Das gilt übrigens auch für Elektronen, die wir ja scheinbar so gut kennen.......