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Doppelspalt — Beobachter an, Muster weg (3D)

Über diese App

Einzelne Quanten treffen als Punkte auf den Schirm, aus tausenden Treffern wächst das Streifenmuster. Der Detektor-Regler dreht die Welcher-Weg-Information stufenlos hoch — die Streifen verblassen zu zwei Hügeln, ohne dass sich an der Quelle etwas ändert.

Beobachtung heißt Wechselwirkung

Beim Doppelspalt mit einzelnen Quanten entsteht ein Interferenzmuster, solange nicht feststellbar ist, durch welchen Spalt ein Quant ging. Wird diese Welcher-Weg-Information registriert, verschwinden die Streifen. Der Übergang ist nicht abrupt: Die Sichtbarkeit V der Streifen sinkt mit der Stärke der Messung. Für den Streifenabstand gilt in der Fraunhofer-Näherung Δx = λ·L/d, für Elektronen mit Beschleunigungsspannung U ist die De-Broglie-Wellenlänge λ = h/√(2·m·e·U). Bei voller Messung bleibt das breite Beugungsbild der Einzelspalte, kein schmaler geometrischer Schatten wie bei Kugeln.

Was die App zeigt

Eine schematische 3D-Szene zeigt Quelle, Doppelspalt, Detektor und Schirm; Spalte und Abstände sind stark vergrößert, der Schirm rechnet mit den echten Werten. Du wählst Photonen oder Elektronen und stellst Wellenlänge bzw. Spannung, Spaltabstand, Spaltbreite und Schirmabstand ein. Einzelne Treffer erscheinen als Punkte, eine Theorie-Karte zeigt die Kurven ohne Detektor, mit bekanntem Weg und den geometrischen Schatten klassischer Kugeln. Das Modell: Verteilung = V·Interferenz + (1 − V)·Summe der Einzelspalt-Beugungsbilder.

Selbst ausprobieren

Starte die Quelle und lass ein paar tausend Treffer zusammenkommen, bis die Streifen deutlich sind. Dreh dann die Messstärke γ hoch und vergleiche gemessene und theoretische Sichtbarkeit. Mit Detektoren an beiden Spalten gilt im Modell V = 1 − γ. Sitzt der Detektor nur an einem Spalt, gilt V = √(1 − γ): Auch ein stummer Detektor verrät den Weg. Achte darauf, dass sich an der Quelle nichts ändert, während die Streifen verblassen.

Häufige Fragen

Verschwindet das Interferenzmuster beim Doppelspalt, weil jemand hinschaut?
Nein. Entscheidend ist, dass eine physikalische Wechselwirkung Information über den Weg hinterlässt, etwa in einem Detektor oder in der Umgebung. Ob ein Mensch das Ergebnis liest, spielt keine Rolle. Je vollständiger die Welcher-Weg-Information, desto schwächer die Streifen.
Was bedeutet die Sichtbarkeit V beim Doppelspalt?
Die Sichtbarkeit V misst den Kontrast der Interferenzstreifen, V = (I_max − I_min)/(I_max + I_min). V = 1 heißt volle Streifen, V = 0 heißt keine Streifen mehr. Zwischenwerte beschreiben eine teilweise Welcher-Weg-Messung.
Wie groß ist die Wellenlänge von Elektronen im Doppelspalt?
Für Elektronen, die mit der Spannung U beschleunigt werden, gilt nichtrelativistisch λ = h/√(2·m·e·U). Bei einigen hundert Volt liegt λ im Bereich von Zehnteln eines Nanometers, deutlich kürzer als sichtbares Licht. Deshalb braucht der Elektronen-Doppelspalt sehr feine Spalte.
Was kann ich in der 3D-App zum Doppelspalt mit Beobachter einstellen?
Du wählst Photonen oder Elektronen, stellst Wellenlänge oder Spannung, Spaltabstand, Spaltbreite und Schirmabstand ein und regelst die Messstärke γ sowie die Position des Detektors (Spalt 1, Spalt 2 oder beide). Treffer, Tempo, Theorie- und Messwerte der Sichtbarkeit sind im Panel „Messung“ zu sehen.

Fach: Physik

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