Würzburger Quantenphysik- Konzept

G15 Elektronenzwillinge - Zwei-Elektronen-Zustände

Verschränkte Zustände Photonenzwillinge

Lehrtext/Inhalt    Glossar  Versuchsliste

Es handelt sich dabei um verschränkte Zustände von zwei Elektronen, die durch Eigenschaften des Gesamtzustands gekennzeichnet sind: Gesamtenergie des Zwillingspaars, Gesamtimpuls, Gesamtdrehimpuls, ... . Wie bei allen verschränkten Zuständen haben die beiden Elektronen einzeln dabei keinerlei Individualität, die meisten ihrer Eigenschaften sind un-be-stimmt, außer, wenn sie durch eine Messung festgestellt wurden.

Nehmen wir als Beispiel einen Elektronenzwilling mit Gesamtimpuls und Gesamtspin 0. Führt man Impuls-Messungen durch, so erhalten die beiden Elektronen zufällig verteilte Impulse (z.B. mit ganz zufälligen Richtungen), aber beide Impulse sind immer entgegengesetzt gleich. Nach einer solchen Messung liegt kein verschränkter Zustand mehr vor, sondern nur noch 2 Zustände von 2 einzelnen Elektronen.

Führt man an einem Elektronenzwilling eine Spinmessung durch, so wird damit unmittelbar auch der Spin des 2. Elektrons be-stimmt, nämlich entgegengesetzt. Nach dieser Messung liegt auch hier kein verschränkter Zustand mehr vor, sondern nur noch 2 einzelne, individuelle Elektronen.

Elektronenzwillinge haben bei einem Gedankenexperiment von Einstein, Podolski und Rosen (EPR) eine Rolle gespielt, mit denen die Autoren vergeblich versucht hatten, die Unvollständigkeit der Quantenmechanik nachzuweisen. Tatsächlich entwickelte sich die Diskussion über das EPR-Paradoxon sehr fruchtbar und gab viele Anstöße zu einem tieferen Verständnis der Quantenphysik.

Anmerkung: Sie sollten sich nicht vorstellen, dass die beiden beitragenden Elektronen in der Zeichnung vom Elektronenzwilling (hier im Schwerpunkt)  "wegflogen". Es hat keinen Sinn, von einer individuellen Bewegung zu sprechen. Tatsache ist lediglich, dass das eine Elektron irgendwo gemessen wird. Dann sind entsprechende Eigenschaften des zweiten Elektrons, passend zu den Eigenschaften des Gesamtzustands und den Erhaltungssätzen, ebenfalls be-stimmt. Deshalb wurde die Verbindungslinie Elektron1 - Schwerpunkt - Elektron2 gestrichelt gezeichnet. Sie kennzeichnet keine Elektronenbewegung. Auch die Spinrichtung eines einzelnen Elektrons ist nicht von vornherein durch den Gesamtspin festgelegt. Der Experimentator kann eine beliebige Spinrichtung für seine Messung wählen, und findet auch bzgl. dieser Richtung zwei Spins, die sich zum Gesamtspin ergänzen.

Vgl. "Dreiklang" und "Geburtsurkunde" des verschränkten Zustands

.

( Juli 2015 ergänzt )