Doppelspaltexperiment – Selber machen

 In Quantenphysik
Doppelspaltexperiment – Selber machen
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Doppelspaltexperiment

Beim Doppelspaltexperiment lässt man Wellen, zum Beispiel Lichtwellen, durch eine Blende mit zwei schmalen, parallelen Spalten treten. Auf einem Beobachtungsschirm in einer Distanz zur Blende, die sehr viel größer ist als der Abstand a der beiden Spalte, zeigt sich ein Interferenzmuster. Dieses Muster entsteht durch Beugung der Wellenausbreitung am Doppelspalt. Bei monochromatischem Licht (z. B. von einem Laser) besteht dieses Muster auf dem Schirm aus hellen Streifen (Maxima) und dunklen Streifen (Minima). Voraussetzung zur Beobachtung des Interferenzmusters ist, dass die Wellenlänge λ kleiner als der Abstand a der beiden Spalte ist.

Das Doppelspaltexperiment wurde 1802 von Thomas Young durchgeführt, um der Wellentheorie des Lichts den Vorrang vor der Korpuskeltheorie zu geben. Der Streit zwischen diesen beiden Theorien schien bis zu Einsteins Arbeiten zum Photoelektrischen Effekt entschieden. Seither dient es insbesondere dazu, in der Quantenmechanik den Welle-Teilchen-Dualismus zu illustrieren. Es kann nicht nur mit Licht, sondern auch mit Teilchen (Elektronen, Neutronen, Atomen, Molekülen wie z. B. Fullerenen) durchgeführt werden. Die dabei beobachteten Interferenzmuster zeigen, dass auch Objekte Welleneigenschaften haben, die in der klassischen Physik nur als Teilchen angesehen werden. Bei diesen Materiewellen tritt die De-Broglie-Wellenlänge an die Stelle der Wellenlänge des Lichts.

Aufbau

Für den Aufbau des Doppelspaltexperiment benötigen wir:

  • Laserpointer
  • Blatt Papier
  • Cuttermesser
  • Sekundenkleber
  • Klebeband
Doppeltspaltexperiment: Aufbau

Für das Doppeltspaltexperiment habe ich mir einen kleinen Halter für den Laserpointer und einen Rahmen für das Blattpapier mit Hilfe meines 3D-Druckers gedruckt.

Die Druckdateien findet ihr hier: Doppeltspaltexperiment

Doppeltspaltexperiment Papier

Als erstes schneiden wir uns das Papier auf die größe des gedruckten Rahmens zurecht. Anschließend ritzen wir mit Hilfe des Cuttermessers zwei kleine Spalten, die eng aneinander liegen auf Höhe des auftreffenden Lasers in das Papier. Dann kleben wir das Papier auf den Rahmen und befestigen den Rahmen mit Hilfe von Sekundenkleber an dem Laserpointerständer. Nun fixieren mit etwas Klebeband den Knopf des Laserpoiters, so dass er leuchtet.

Damit man das Interferenzmuster deutlich sehen kann, plazieren wir den gesamten Aufbau ca. 7 Meter von einer Wand entfernt auf den der Laserstrahl treffen wird.

Nun sind wir fertig und können uns das Ergebnis des Experimentes anschauen und auswerten.

Ergebnis

Hier sehen wir den Laserstrahl, wie er als Interferenzmuster auf die Wand trifft.

Doppeltspaltexperiment Laser Interferenzmuster

Doppeltspaltexperiment – Erklärung

Wenn wir einen Laser auf einen Spalt richten, sehen wir auf der Projektionsfläche ein Muster an der Stelle wo der Laser durch den Spalt aufgetroffen ist. Ist jedoch der Spallt so klein wie die Wellenlänge des Lasers (ca. 1 mirkometer/0,001mm) wird das Licht gebeugt und es entsteht ebenso ein Interferenzmuster.

Dopplspaltexperiment 1 Spalt

Wenn wir einen zweiten Spalt hinzufügen, würden wir erwarten einen zweiten Streifen rechts daneben an der Projektionsfläche zu sehen.

Doppelspaltexperiment Annahme

Da sich das Licht aber wie eine Wellen verhält schauen wir uns folgendes Beispiel an. Die Wellen treffen auf den Spalt und strahlen auf die Projektionsfläche, mit einer Intensität, die dort am größten ist wo sie direkt durch den Spalt zielen.

Wellen durch 1 Spalt

Wenn wir jetzt einen zweiten Spalt hinzufügen passier etwas völlig anderes. Wenn das obere Ende eines Lichtstrahls das untere Ende eines Lichtstrahls berührt löschen sie sich gegenseitig aus. Es gibt eine Überlagerund des Musters an der Projektionsfläche. An der Stelle wo die beiden Spitzen sich treffen gibt es die höchste Intensität und wo sie sich gegenseitig aufheben ist gar nichts zu sehen. Es entsteht das typische Interferenzmuster.

Doppeltspaltexperiment Interferenzmuster
Dopplspaltexperiment

Ich hoffe ihr hatte Spass bei diesem Tutorial und wünsche euch viel Erfolg beim weiteren experimentieren!

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