Photonen-Paar ?

Hallo Emmins,

zunächst einmal, wenn auch reichlich spät, willkommen im Forum.

Emmins schrieb in Beitrag Nr. 2044-49:

Ich werde mich jetzt aber aus diesem Forum zurück ziehen (kann man sich eigentlich irgendwie formell wieder abmelden????), werde auch aufhören, die Beiträge hier zu verfolgen.

.. und schon wieder weg?

Als Moderator kann ich dich im Forum abmelden und das muss ich auch, wenn du darauf bestehst.
Aber warum eigentlich?
Ich sehe dazu keinerlei Veranlassung und bin sicher nicht der Einzige im Forum, der dein Anliegen, Beitrag Nr. 2044-47 , spannend und diskussionswürdig findet.
Mir scheint aber, dir geht es weniger um den Beobachter in der speziellen Relativitätstheorie als vielmehr um die Bedeutung des Beobachters in der Quantenmechanik und deren Interpretationen, z.B. die Kopenhagener Deutung und deren verschiedene Auslegungen.
Das passt vielleicht nicht so gut zum Thema des Threads, ist aber allemal einen neuen Thread wert.
Ich würde es sehr begrüßen, wenn du zu deinem Thema einen neuen Thread mit einem aussagekräftigen Titel eröffnen würdest.

mfg okotombrok

Zitat von Claus:

zu c): kommt darauf an, ob das Paar korreliert (Verschränkung von Quantenobjekten) ist oder nicht. Ist in unserem Beispiel m.E. nicht der Fall.

Hallo Claus,
Ich lese zur Zeit auf Grund Eurer Empfehlung hin immer noch Murray Gell-Mann "Das Quark und der Jaguar".
Zwei Drittel habe ich bereits gelesen, aber zu diesem Thema leider nichts gefunden.

Deshalb meine Frage:
Welche Quanten sind verschränkt?
Sind zwei Photonen miteinander verschränkt? Wenn nicht, warum nicht?

Aus Wikipedia: Quantenverschränkung
Quantenverschränkung ist ein physikalisches Phänomen aus dem Bereich der Quantenmechanik.
Zwei oder mehr Teilchen auf subatomarer Ebene können eine (nicht physische) Verbindung miteinander eingehen, die man als „Verschränkung“ bezeichnet. Diese miteinander „verschränkten“ Teilchen haben dabei immer dieselben physikalischen Eigenschaften; das heißt, verändert man eine solche Eigenschaft bei Teilchen A, kann man diese Änderung ohne Verzögerung auch bei Teilchen B beobachten. Paradox daran ist, dass die „Übertragung“ solcher Informationen bezüglich der Teilcheneigenschaften nicht an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist – auch wenn das zu einem Teilchen A verschränkte Teilchen B mehrere Lichtjahre weit entfernt ist, wirkt sich eine Änderung der Eigenschaften von einem der Teilchen sofort auf beide gleichzeitig aus. Zwischen den messbaren Eigenschaften (Observablen) der Systeme scheinen daher Beziehungen zu bestehen, die in der klassischen Physik und auch in klassischen naturphilosophischen Auffassungen nicht angenommen wurden; damit zusammenhängende Interpretationskontroversen betreffen u. a. das sog. Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon. Die verschränkten Teilchen können daher nicht mehr als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur noch das Gesamtsystem als solches. Allerdings lassen sich die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen bei einer Messung auftretenden Zuständen der Einzelteilchen angeben.

Ich überprüfe immer noch die Frage, ob Photonen als Paar zu betrachten sind oder nicht, d.h. ob sie für immer verbunden (verschränkt) sind oder nicht.
Viele Grüße,

Hallo Otto,

Otto schrieb in Beitrag Nr. 2044-52:

Welche Quanten sind verschränkt?
Sind zwei Photonen miteinander verschränkt? Wenn nicht, warum nicht?

Im Falle zweier Photonen äußert sich die Verschränkung dadurch, dass mit der Polarisationsrichtung des einen Photons die des anderen Photons festgelegt ist.

Ich weiß nicht, ob das hier der Fall ist. Für die Symmetrie spräche m.E., dass beide Photonen aus einem Quantenereignis entstammen.
Wir hatten diskutiert, dass wegen der Impulserhaltung bei der Paarvernichtung zwei Photonen entstehen müssen. Ob es nun für deren Polarisationsrichtung auch einen Erhaltungssatz gibt? Weiß es jemand?

Claus schrieb in Beitrag Nr. 2044-53:

Ob es nun für deren Polarisationsrichtung auch einen Erhaltungssatz gibt? Weiß es jemand?

Hallo Claus,

ich denke nicht, weil . . .
Ein Polfilter schafft die Information einer Polarisationsrichtung. Die kann eindeutig mittels eines zweiten Polfilters ermittelt werden, kann aber auch latent vorhanden sein, also prinzipiell gewußt werden, wenn auch nicht bekannt. Beim Quantenradierer, ein Polfilter um 45° verschränkt, lässt vom vertikal - und horizontal polarisiertem Licht jeweils 50% durch. Die Information über die ursprüngliche Polarisationsrichtung geht also verloren.
Insofern denke ich, dass für die Polarisationsrichtung keine Erhaltung gilt.

Außerdem denke ich, dass die Erhaltung von Ladung, Energie und Impuls Potenzialdifferenzen zwischen verschiedenen Zuständen bedeuten, wo hingegen ich zwischen verschiedenen Polarisationsrichtungen weder quantitativ noch qualitativ unterscheiden kann.

mfg okotombrok

Otto schrieb in Beitrag Nr. 2044-52:

Zitat von Claus:

zu c): kommt darauf an, ob das Paar korreliert (Verschränkung von Quantenobjekten) ist oder nicht. Ist in unserem Beispiel m.E. nicht der Fall.

Hallo Claus,
Ich lese zur Zeit auf Grund Eurer Empfehlung hin immer noch Murray Gell-Mann "Das Quark und der Jaguar".
Zwei Drittel habe ich bereits gelesen, aber zu diesem Thema leider nichts gefunden.

Deshalb meine Frage:
Welche Quanten sind verschränkt?
Sind zwei Photonen miteinander verschränkt? Wenn nicht, warum nicht?

Aus Wikipedia: Quantenverschränkung
Quantenverschränkung ist ein physikalisches Phänomen aus dem Bereich der Quantenmechanik.
Zwei oder mehr Teilchen auf subatomarer Ebene können eine (nicht physische) Verbindung miteinander eingehen, die man als „Verschränkung“ bezeichnet. Diese miteinander „verschränkten“ Teilchen haben dabei immer dieselben physikalischen Eigenschaften; das heißt, verändert man eine solche Eigenschaft bei Teilchen A, kann man diese Änderung ohne Verzögerung auch bei Teilchen B beobachten. Paradox daran ist, dass die „Übertragung“ solcher Informationen bezüglich der Teilcheneigenschaften nicht an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist – auch wenn das zu einem Teilchen A verschränkte Teilchen B mehrere Lichtjahre weit entfernt ist, wirkt sich eine Änderung der Eigenschaften von einem der Teilchen sofort auf beide gleichzeitig aus. Zwischen den messbaren Eigenschaften (Observablen) der Systeme scheinen daher Beziehungen zu bestehen, die in der klassischen Physik und auch in klassischen naturphilosophischen Auffassungen nicht angenommen wurden; daegradiertemit zusammenhängende Interpretationskontroversen betreffen u. a. das sog. Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon. Die verschränkten Teilchen können daher nicht mehr als einzelne Teilchen mit definierten Zuständen beschrieben werden, sondern nur noch das Gesamtsystem als solches. Allerdings lassen sich die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen bei einer Messung auftretenden Zuständen der Einzelteilchen angeben.

Ich überprüfe immer noch die Frage, ob Photonen als Paar zu betrachten sind oder nicht, d.h. ob sie für immer verbunden (verschränkt) sind oder nicht.
Viele Grüße,

Wenn wegen gegenseitiger Abstoßung verschränkt dann doch aufeinander einwirkend,
wenn wegen Bindung verschränkt auch aufeinander einwirkend.
Ist Verschränkung vermeidbar in einem Raum wo alles miteinander korrespondiert?
Der Polarisationsfilter als neues Teil des Systems muss auf das ganze System zurückwirken, denn auch ausgefilterte Energie ist nicht weg sondern hat eine Wirkung. Die Unbestimmtheit im Quantensystem wurde erhöht und nicht vermindert.
Die Wirkung von Naturgesetzen ist gleichbleibend trotzdem, nur die Ursachenseite wurde verändert durch den Filter.
Das heisst wenn ein Faktor fehlt oder hinzukommt ist dem Naturgesetz egal, es wirkt wenn alle Faktoren vorhanden sind- oder nicht, wenn ein Faktor fehlt.

Zitat von Okotombrok:

Außerdem denke ich, dass die Erhaltung von Ladung, Energie und Impuls Potenzialdifferenzen zwischen verschiedenen Zuständen bedeuten, wo hingegen ich zwischen verschiedenen Polarisationsrichtungen weder quantitativ noch qualitativ unterscheiden kann.

Ich stimme Dir zu.
Die Sätze zur Erhaltung der Energie sind beschränkt durch die Bedingung der Impulserhaltung. Die Energieerhaltung zusammen mit der Impulserhaltung erlaubt Aussagen über das Ergebnis von Stößen (ohne das der genaue Mechanismus beim Stoß bekannt sein muß). (Außerdem am Rande: In der Quantenmechanik gilt die Energieerhaltung nicht für einen begrenzten Zeitraum, sondern nur über längere Zeiträume. Energie- und Impulserhaltungssatz können demzufolge über einen zeitlich begrenzten Zeitraum verletzt werden .)
Die Photonen müssen sich also in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten, haben gleiche Energie und identische Polarisation (Gell-Mann, Kapitel "Das EPRP Experiment").
Ebensowenig wie der Ort und der Impuls eines Teilchens gleichzeitig bestimmt werden kann, können die Polarisation (links oder rechts oder linear) beider Teilchen gleichzeitig bestimmt werden. Diese Eigenschaft wurde durch Bohms (EPRP) Experiment nachgewiesen.

Jedoch, mir stellen sich folgende Fragen:
(a) Sind die die beiden Photonen A und B verschränkt ? Gibt es Experimente zur Klärung dieser Frage?
Was passiert mit Photon B wenn Photon A seine Energieform wandelt? Sind beide Photonen völlig unabhängig voneinander?
Zur Erinnerung: Eine Verschränkung bedeutet, daß die „Übertragung“ solcher Informationen bezüglich der Teilcheneigenschaften nicht an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist – auch wenn das zu einem Teilchen A verschränkte Teilchen B mehrere Lichtjahre weit entfernt ist, wirkt sich eine Änderung der Eigenschaften von einem der Teilchen sofort auf beide gleichzeitig aus.
(b) Wir gehen davon aus, daß Elektronen und Photonen sich unabhängig von ihren Aufenthaltsort völlig gleich verhalten. Weiterhin nehmen wir an, daß sämtliche Elektronen und Photonen beliebig gegeneinander austauschbar sind und keine Individualität besitzen.
Ist das denn richtig? Wie wurde das nachgewiesen?
(c) Welche physikalische Bedeutung hat die Polarisation von Photonen?
Ich kenne die Polarisation des Lichtes, die zum Beispiel für die Untersuchungen von Bauteilen mittels Spannungsoptik genutzt wird. Die Polarisation (Änderung des Polarisationswinkels, ergänzt von Otto) ist dort ein Maß der Beanspruchung bzw. der örtlichen Deformation. Siehe Wikipedia: Spannungsoptik
Gruß,

Hallo Otto,

Otto schrieb in Beitrag Nr. 2044-56:

(a) Sind die die beiden Photonen A und B verschränkt ? Gibt es Experimente zur Klärung dieser Frage?

das u.a. Experiment bestätigt, dass die beiden emittierten Photonen symmetrisch mit korrelierter Polarisation emittiert werden, d.h. die Polarisationsebenen beider Photonen stehen senkrecht aufeinander.

http://www.pma.caltech.edu/~ph77/labs/exp14.pdf

siehe dort Seite 2, 2. Absatz.

Zitat von Claus:

das u.a. Experiment bestätigt, dass die beiden emittierten Photonen symmetrisch mit korrelierter Polarisation emittiert werden, d.h. die Polarisationsebenen beider Photonen stehen senkrecht aufeinander.

Danke für den Hinweis. Das höre ich zum ersten mal, finde es aber hochinteressant.
Murray Gell-Mann trifft dazu eine völlig andere Aussage. Ich kann mich auch nicht erinnern, bei Stephen Hawking solch eine Aussage gelesen zu haben.

Ist diese Polarisationseigenschaft des Photonenpaares die Ursache von Dimensionen, wie wir sie erleben?

Ich werde mir das Dokument von Deinem Link in Ruhe durchlesen. Es wird wohl eine Weile in Anspruch nehmen.
Gruß,

Hallo Claus,
Ich bin wieder zurück und habe während meines Urlaubs Deinen Link "Polarization Correlation of Annihilation Radiation" gelesen.
Ich habe einige einfache Fragen zu meinem Verständnis.
Vielleicht kannst Du mir einen entsprechenden Link nennen oder mich mit einem kurzen Kommentar erhellen.
- Was bedeutet die "scattering cross section" in diesem Falle? Welche Querschnittsfläche ist gemeint?
- Welche Bedeutung haben die Werte für Sigma für die Fälle
(a) Theda = +- 90° und Phi = 0
(b) Phi = 90°
- Ich verstehe noch nicht die physikalische Bedeutung der Moment k und k₀. Gibt es irgendwo eine Erklärung dafür?
- Welcher Typ der Polarisation liegt für die Photonen vor, lineare Polarisation oder zirkulare Polarisation.
- Haben die Photonen eines Photonenpaares eine Helizität bzw. unterschiedliche Helizitäten?
Helizität
lg

Hallo Otto,

Otto schrieb in Beitrag Nr. 2044-59:

Hallo Claus,Ich habe einige einfache Fragen zu meinem Verständnis.

Mit derart einfachen Fragen bist du vielleicht bei Thomas ( vgl. Beitrag Nr. 2053-188 :confused:) besser aufgehoben, als bei mir, aber ich denke auch Thomas ist (wie ich) kein Physiker :-(. Ich hatte den Artikel nur herausgesucht, weil du danach fragtest, ob die beiden emittierten Photonen polarisiert sind und wenn ja, ob die Polarisationsebenen voneinander abhängig sind. Das ist der offensichtlich Fall. Wenn die Photonen in einer konkreten Ebene polarisiert sind, kann es sich ja nicht um zirkular polarisiertes Licht handeln.

Ansonsten entnehme ich dem Artikel, dass der Nachweis der Behauptung, dass die beiden Photonen im rechten Winkel zueinander polarisiert sind, durch Compton-Streuung erfolgt.

Der Wirkungsquerschnitt ist keine Fläche, sondern gibt an, wie hoch die Zählrate der im Nachweisexperiment gestreuten Photonen ist. Sie ist abhängig a) vom Streuwinkel 'Theta' und b) vom Winkel zwischen der Ebene des elektrischen Feldvektors der jeweils eingestrahlten Photonen und der Streuebene des Aliminiumzyliners 'Phi'. k und k₀ sind die jeweiligen Impulse des einfallenden und des gestreuten Photons.

Das Experiment ist symmetrisch mit 2 Streuzylindern und 2 Detektoren aufgebaut. Wären die beiden emittierten Photonen identisch, würde man gleiche Zählraten an den Detektoren D1 und D2 erwarten. Man findet jedoch fünffach höhere Zählraten für Photon A (Phi = 90°) als für Photon B (Phi = 0°) und führt so den Nachweis, dass die Photonen linear polarisiert sind und ihre Feldvektoren senkrecht aufeinander stehen.

So weit habe ich´s verstanden - keine Gewähr für die Richtigkeit dieser Zusammenfassung ;-) - früher gab´s in diesem Forum auch ´mal Physiker. Vielleicht fragst du ´mal einen solchen, falls jetzt bei dir vielleicht noch "einfachere" Fragen offen sind.

Claus schrieb in Beitrag Nr. 2044-60:

Mit derart einfachen Fragen bist du vielleicht bei Thomas ( vgl. Beitrag Nr. 2053-188 :confused:) besser aufgehoben, als bei mir, aber ich denke auch Thomas ist (wie ich) kein Physiker :-(. Ich hatte den Artikel nur herausgesucht, weil du danach fragtest, ob die beiden emittierten Photonen polarisiert sind und wenn ja, ob die Polarisationsebenen voneinander abhängig sind. Das ist der offensichtlich Fall. Wenn die Photonen in einer konkreten Ebene polarisiert sind, kann es sich ja nicht um zirkular polarisiertes Licht handeln.
Ansonsten entnehme ich dem Artikel, dass der Nachweis der Behauptung, dass die beiden Photonen im rechten Winkel zueinander polarisiert sind, durch Compton-Streuung erfolgt.

Hallo Claus,
Ich habe Eure Diskussion zum Thema "Universum – Urknall – Luftballontheorie" und Deine interessanten, fundierten und gut verständlichen Beiträge verfolgt und war auf Grund des Niveaus der Diskussion im Zweifel, ob ich meine primitiven Fragen an Dich überhaupt stellen oder im Forum äußern sollte.
Deshalb mein Dank, daß Du Deine Zeit trotzdem geopfert hast.

Ich bin anfangs auch davon ausgegangen, daß die Photonen ohne Frage linear polarisiert sind.
Bei näherer Betrachtung hatte ich jedoch zunehmend meine Zweifel.
Das Verhältnis der Streuungen von 1:5 bei den Winkeln Phi = 90° und Phi = 0° ist doch sehr schwach und ich fragte mich, warum dieses Verhältnis so niedrig ist. Es könnte an der Meßmethode liegen oder auch an der Überlagerung verschiedener linearer Polarisationsrichtungen, oder an sonst was für anderen Gründen.

Für Photonen ist der Vektor des Spins entweder +S oder –S und die Komponente des Spins fällt jeweils in die Richtung des Impulses. Da der Impuls beider Photonen entgegengesetzt sein muß, ist auch der Spin jedes Photons (des Photonenpaares) zueinander entgegengesetzt. So habe ich jedenfalls die Ausführungen in Wikipedia zum Thema "Helizit" verstanden.
Weiterhin zeigen die Spins aller Photonen in zirkular polarisiertem Licht in dieselbe Richtung, je nach Helizität in oder gegen die Ausrichtung.
Ein Photon kann auch linear polarisiert werden, jedoch nur dann, indem zwei entgegengesetzt zirkular polarisierte Zustände überlagert werden, Siehe Wikipedia, Thema "Polarisation", Mathematische Beschreibung.
Ich habe deshalb daraus den Schluß gezogen, daß Photonen normalerweise zirkular polarisiert sind, und die lineare Polarisation der Ausnahmefall ist. Aber ich war natürlich im Zweifel.

Das waren meine Überlegungen im Hintergrund zu der von mir gestellten Frage nach der Art der Polarisation von Photonen.
LG
P. S.: Ich bin auch kein Physiker, leider nur ein Schiffbauer