Neutronen auf faszinierenden Quantenreisen: TU Wien zeigt überraschende Ergebnisse

BerlinKürzlich durchgeführte Neutronentests an der TU Wien haben unerwartete Ergebnisse geliefert. Die Resultate deuten darauf hin, dass sich Neutronen nicht nach den klassischen, alltäglichen Gesetzen verhalten, sondern den Prinzipien der Quantenphysik folgen. Dies wurde durch ein Experiment zur Überprüfung der "Leggett-Garg-Ungleichung" bewiesen, einer Theorie, die 1985 vorgestellt wurde.

Wichtige Punkte zur Quantenphysik:

• Die Quantenphysik ermöglicht es Objekten, sich gleichzeitig in mehreren Zuständen zu befinden.
• Die genaue Position und der Zustand eines Teilchens sind möglicherweise weniger bestimmt, als wir denken.
• Mit der "Leggett-Garg-Ungleichung" wird überprüft, ob klassische Erklärungen das Verhalten von Quanten beschreiben können.
• Eine Verletzung dieser Ungleichung zeigt, dass klassische Theorien nicht auf alle Teilchenverhalten anwendbar sind.

Die Quanten­theorie besagt, dass Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren können. Dies steht im Gegensatz zur klassischen Physik, die davon ausgeht, dass Objekte eindeutige Eigenschaften haben, wie einen festen Standort und eine konstante Geschwindigkeit, unabhängig davon, ob wir sie beobachten oder nicht.

Wissenschaftler der TU Wien untersuchten das Verhalten von Neutronen mithilfe eines Neutroneninterferometers. Dieses Gerät teilt einen Neutronenstrahl in zwei Teile und fügt sie später wieder zusammen. Gemäß der Quantenmechanik reist jedes Neutron gleichzeitig auf beiden Wegen. Diese Wege können mehrere Zentimeter voneinander entfernt sein, was die Aktionen der Neutronen selbst auf einer größeren Skala interessant macht.

Die Leggett-Garg-Ungleichung untersucht, ob großskalige Objekte sich nach den Gesetzen der klassischen Physik verhalten. Die klassische Physik sagt voraus, dass bestimmte Grenzwerte für die Stärke der Korrelationen zwischen Messungen zu verschiedenen Zeiten nicht überschritten werden sollten. Wenn Messungen zu drei verschiedenen Zeitpunkten stärkere Korrelationen zeigen als diese Grenzwerte, deutet dies darauf hin, dass die klassische Physik nicht anwendbar ist. Die Leggett-Garg-Ungleichung bietet eine Möglichkeit, diese Korrelationen zu berechnen, und während klassische Theorien diese Regel erfüllen sollten, könnten Quanten-Theorien dies möglicherweise nicht tun.

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In dem Experiment verwendeten Wissenschaftler Siliziumkristallgeräte, um einen Neutronenstrahl in zwei Teile zu teilen. Sie maßen die Neutronen zu drei verschiedenen Zeitpunkten und stellten fest, dass die Ergebnisse nicht mit den Vorhersagen der klassischen Physik übereinstimmten. Die Neutronen zeigten ein Verhalten, das die klassischen Theorien nicht erklären konnten.

Dieses Experiment zeigt, dass die Quantenphysik die Realität besser erklärt als die klassische Physik. Objekte aus Quantenpartikeln sollten quantenphysikalische Verhaltensweisen zeigen. Selbst große Objekte weisen Quanteneffekte auf. Zum Beispiel wurden Neutronen dabei beobachtet, gleichzeitig zwei verschiedene Wege zu nehmen. Die klassische Physik würde erwarten, dass sie nur einem Weg folgen, aber die Quantenmechanik zeigt, dass sie sich aufteilen.

Durch den Einsatz fortschrittlicher Messtechniken gelangten Forscher zu diesen Ergebnissen. Sie stellten die Annahme infrage, dass der tatsächliche Zustand eines Teilchens immer verborgen oder unbekannt ist. Obwohl sie im Quantenuniversum größer sind, folgen auch Neutronenstrahlen den Quantengesetzen. Diese Erkenntnisse lassen sich nicht mit klassischer Physik erklären.

Die Experimente an der TU Wien haben gezeigt, dass wir Quantenphysik benötigen, um die Realität zu verstehen. Traditionelle Theorien sind nicht in der Lage, die Ergebnisse zu erklären. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Quantenphysik unerlässlich ist, um das Verhalten von Teilchen korrekt zu beschreiben.