Verschränkte Atome und Kernspaltung

Hallo zusammen!

Mir geht seit gestern eine Frage durch den Kopf und ich komme selbst nicht auf eine vernünftige Antwort. Darum habe ich mich dazu entschieden, euch jetzt damit zu nerven. :wink:

Vorweg, ich bin eigentlich Laie auf dem Gebiet der Quantenphysik und habe mir nur ein paar Dinge in verschiedenen Büchern und dem Internet angelesen. Dabei bin ich darauf gestoßen, dass es die Möglichkeit gibt, zwei Atome miteinander zu verschränken, sodass eine Aktion an dem einen Atom gleichzeitig die Eigenschaft des Zweiten beeinflusst bzw festlegt. Ich hoffe soweit sehe ich alles richtig.

Nun zu meiner eigentlichen Frage. Wenn ich nun zwei radioaktive Atome miteinander verknüpfe und eines davon spalte, was passiet dann mit dem anderen? Spontaner Zerfall? Aber dann wäre die Zerfallsrate ja beeinflussbar was ja bekanntlich nicht der Fall ist.

Ich hoffe die Frage ist nicht zu blöd. Falls doch lasst mich bitte trotzdem nicht dumm sterben. *g*

Schöne Grüße und ein sonniges Wochenende noch

Sven

Hallo zusammen!

Mir geht seit gestern eine Frage durch den Kopf und ich komme
selbst nicht auf eine vernünftige Antwort. Darum habe ich mich
dazu entschieden, euch jetzt damit zu nerven. :wink:

Darum sind wir ja da!

Vorweg, ich bin eigentlich Laie auf dem Gebiet der
Quantenphysik und habe mir nur ein paar Dinge in verschiedenen
Büchern und dem Internet angelesen. Dabei bin ich darauf
gestoßen, dass es die Möglichkeit gibt, zwei Atome miteinander
zu verschränken, sodass eine Aktion an dem einen Atom
gleichzeitig die Eigenschaft des Zweiten beeinflusst bzw
festlegt. Ich hoffe soweit sehe ich alles richtig.

Das ist im Prinzip richtig. Es kommt aber auf die Anfangsbedingungen an, wir kommen gleich dazu.

Nun zu meiner eigentlichen Frage. Wenn ich nun zwei
radioaktive Atome miteinander verknüpfe und eines davon
spalte, was passiet dann mit dem anderen? Spontaner Zerfall?
Aber dann wäre die Zerfallsrate ja beeinflussbar was ja
bekanntlich nicht der Fall ist.

Nein. Erstmal zur Verschraenkung an sich: betrachte beispielsweise spontane Teilchenerzeugung wie eine Elektron-Positron-Erzeugung aus hochenergetischer Gammastrahlung, und du weißt, welchen Gesamtdrehimpuls das System vorher hatte. Dann ist der Drehimpuls des Gesamtsystems nachher ebenfalls bekannt, es gilt ja Drehimpulserhaltung.

Das bedeutet aber, daß der zu messende Drehimpulses des Elektrons nicht unabhängig ist von dem des Positrons.

VOR dem Meßvorgang gilt eine deterministische Wellengleichung zur Evolution des Gesamtzustands, der meßbare Drehimpuls eines EINZELNEN Teilchens ist zunächst unbestimmt.

Jetzt messen wir aber – weil uns danach ist – den Drehimpuls des Elektrons und DAMIT ist augenblicklich klar, wie der Drehimpuls des Positrons ist, nämlich genau so, daß sich der ursprüngliche Gesamtdrehimpuls ergibt. Diese Klarheit besteht, egal wie weit die beiden Elektronen voneinander entfernt sind, was anfänglich zur Ansicht geführt hat, hier würde die SRT verletzt werden, weil sich „Information“ raumartig ausbreiten würde (EPR-Paradoxon). Dies ist aber nicht der Fall, und ich glaube, hier beginnt gleich wieder ein Riesenthread.

Was jetzt dein Beispiel angeht: im Prinzip müßtest du Anfangsbedingungen in deinem Labor schaffen derart, daß klar ist, wenn das eine Atom zerfällt, zerfällt auch das nächste. Du mußt gewissermaßen vorher genau das in den Anfangszustand reinprogrammieren („präparieren“), was du später haben möchtest.

Das ist aber im allgemeinen praktisch unmöglich.

Ich hoffe die Frage ist nicht zu blöd. Falls doch lasst mich
bitte trotzdem nicht dumm sterben. *g*

Naja, man muß nicht unbedingt dumm sein, um Verschränktheit nicht zu kennen.

Oli

Hallo,

Nun zu meiner eigentlichen Frage. Wenn ich nun zwei
radioaktive Atome miteinander verknüpfe und eines davon
spalte, was passiet dann mit dem anderen? Spontaner Zerfall?

Die Verschränkung zweier Teilchen bedeutet ja, dass wenn man den Zustand des einen Partners durch eine Messung festlegt, dass dann automatischer der Zustand des anderen Partners festgelegt ist.

Da aber ein gespaltenes Atom nicht sowas wie ein atomarer Zustand ist, würde ich sagen, dass mit der Spaltung die Verschränkung einfach aufgebrochen wird.
Das heißt es passiert nichts weiter.

Aber dann wäre die Zerfallsrate ja beeinflussbar was ja
bekanntlich nicht der Fall ist.

Eben.

Gruß
Oliver

Ebenfalls Hallo

Da aber ein gespaltenes Atom nicht sowas wie ein atomarer
Zustand ist, würde ich sagen, dass mit der Spaltung die
Verschränkung einfach aufgebrochen wird.
Das heißt es passiert nichts weiter.

Das dachte ich zuerst auch, habe mich dann aber eines andern besonnen. Überlege doch einmal, wie der verschränkte Zustand überhaupt hergestellt wurde.

Oft geht man von einem einzigen, definierten Zustand aus (z.B Photon) und spaltet diesen dann quantenmechanisch in zwei Zustände (z.B. Paarerzeugung).

Das Ergebnis ist ein Paar, das quantenmechanisch verschränkt ist, was man ausnutzt, indem man ein Teil hier behält und das andere zum Mond schicht.

Würde sich nun eines der Teilchen wiederum teilen (Spaltung) und das Ganze geschieht ohne weiteres Zutun, dann haben wir am Ende drei Teile, die quantenmechanisch miteinander verschränkt sind. Komplizierter zu rechnen, aber nicht ungewöhnlich.

Mit anderen Worten: Wir hätten lediglich ein komplizierteres System von verschränkten Teilchen.

Die Verschränkung wird nur aufgehoben, wenn wir an einem Bestandteil eine Messung machen, also das Teilchen in Kontakt mit dem restlichen Universum bringen.

Gruß
Thomas

also für laien
Hallo,

kann ich dass mal laienhaft formulieren

Wenn ich einen Geldschein quer durchreiße, beide hälften in 2 Kuverts tue und beide kuverts an 2 Freunde schicke, dann haben diese jetzt verschränkte Gelscheinhälften.

Und wenn ein Freund nachschaut, welche Seite er hat, dann weiss er auch, was der andere hat… klasse!

Wofür soll die ganze verschränktheit denn eigentlich gut sein

Gruß
achim

Hallo,

Das Ergebnis ist ein Paar, das quantenmechanisch verschränkt
ist.

Ist das wirklich immer so? Allein die Tatsache, dass man nicht weiß welches Teilchen welche Eigenschaft hat, stellt die Verschränkung her??

Gruß
Oliver

Hallo,

kann ich dass mal laienhaft formulieren

Wenn ich einen Geldschein quer durchreiße, beide hälften in 2
Kuverts tue und beide kuverts an 2 Freunde schicke, dann haben
diese jetzt verschränkte Gelscheinhälften.

Und wenn ein Freund nachschaut, welche Seite er hat, dann
weiss er auch, was der andere hat… klasse!

Der Unterschied ist aber, daß von Anfang an klar ist, welche Seite des Geldscheins er in deinem Umschlag hattest. Nur ER SELBST wußte es nicht.

Bei verschränkten Zuständen gilt aber allgemein die Quantenphysik, d.h. es ist vor der Messung mit jeweils einer gewissen Wahrscheinlichkeit BEIDES möglich, erst die Messung selbst führt zur Projektion auf einen Eigenzustand des Systems und damit zu einem wohldefinierten Ergebnis.

Wofür soll die ganze verschränktheit denn eigentlich gut sein

Na dann frag mal den Zeilinger, was der in seine Forschungsanträge so reinschreibt!

Hallo,

Das Ergebnis ist ein Paar, das quantenmechanisch verschränkt
ist.

Ist das wirklich immer so? Allein die Tatsache, dass man nicht
weiß welches Teilchen welche Eigenschaft hat, stellt
die Verschränkung her??

Im Fachjargon: Die Verschränkung kommt dadurch zustande, daß man einen Unterraum des 2-Teilchen-Hilbertraums betrachtet (den 1-Teilchen-Hilbertraum), der aber selbst kein Eigenraum des Gesamtsystems ist. Die beiden Teilsysteme (Teilchen A und Teilchen B sind ja nicht unabhängig voneinander, sondern gehören zu einem gemeinsam präparierten Zustand!)

Damit geht aber nicht, daß nur ein Teil des Zustands gemessen wird, und der andere unbestimmt bleibt! Vielmehr führt man mit einer Messung immer eine gemeinsame Projektion in beiden Unterräumen durch: die „Quantenzahl“ des einen Teilchens bestimmt die Quantenzahl des anderen.

Letztlich ist der (fehlende) Witz der ganzen Verschränkung aber der, daß die ganzen Beispiele, sei es Zeilingers Beamen oder das EPR-Paradoxon, demonstrieren, daß man, um den gewünschte Effekt zu erzielen, den Anfangszustand genau auf diese Weise präparieren muß. Du programmierst
mit erheblichem Aufwand genau das in dein Quantensystem, was du später aus ihm herausextrahieren möchtest. Deshalb stehe ich den Quanten-Teletransportationsgeschichten aus Innsbruck doch sehr skeptisch gegenüber.

Gruß

Oliver

Hallo,

zuerst einmal vielen Dank an alle die sich ernsthaft für mich den Kopf zerbrechen.

Würde sich nun eines der Teilchen wiederum teilen (Spaltung)
und das Ganze geschieht ohne weiteres Zutun, dann haben wir am
Ende drei Teile, die quantenmechanisch miteinander verschränkt
sind. Komplizierter zu rechnen, aber nicht ungewöhnlich.

Diese Möglichkeit finde ich die logischste. Warum sollte ein verschränkter Zustand aufgehoben werde, obwohl gar keine Messung am System vorgenommen wurde sondern eben eine weitere Teilung.

Mit anderen Worten: Wir hätten lediglich ein komplizierteres
System von verschränkten Teilchen.

Hebe ich denn in einem solchen Fall durch eine Messung die Verschränktheit des gesamten Systems auf, oder nur die Verschränkung zu dem Teilchen, das mit dem zusammen entstanden ist, an welchem ich die Messung durchführe?

Nochmals danke, auch schon mal im voraus für alle weiteren Antworten.

Sven

Hallo

Habe ich denn in einem solchen Fall durch eine Messung die
Verschränktheit des gesamten Systems auf, oder nur die
Verschränkung zu dem Teilchen, das mit dem zusammen entstanden
ist, an welchem ich die Messung durchführe?

Du darfst die Teilchen nicht getrennt betrachten, sondern als einen einzigen Zustand. Was bei einer Messung an Teilen dieses verschränkten Zustands geschieht, hängt nun vom Messergebnis ab.

Ein Beispiel:

Stell dir vor, du hast einen verschränkten 3-Teilchen-Zustand mit Gesamtspin +1, wobei der Spin jedes Teilchens entweder +1 oder -1 sein kann. Angenommen der Zustand hat die Darstellung:

|Ψ> = |+±> + |±+> + |-++>

Angenommen man macht nun eine Messung am Teilchen Eins.

Fall 1:
Man misst den Spin -1. Dann ist klar, dass die anderen beiden Teilchen jeweils den Spin +1 haben müssen und der neue Gesamtzustand lautet:

|Ψ> = |-++>

Die Verschränkung ist also vollständig aufgehoben.

Fall 2:
Man misst den Spin +1. Dann ist nur klar, dass von den anderen beiden Teilchen eines Spin +1 und das andere Spin -1 haben muss, aber man weiß immer noch nicht welches! Demnach lautet der neue Gesamtzustand:

|Ψ> = |+±> + |±+>

Es handelt sich also immer noch um einen verschränkten Zustand, allerdings ist die Verschränkung nicht mehr so „stark“ wie am Anfang.
Erst eine weitere Messung an einem der anderen Teilchen würde die Verschränkung schließlich ganz aufheben.

Gruß
Oliver

Hallo!

Danke für die Beispiele. Ich denke damit ist mein Wissensdurst fürs Erste gelöscht.

Sven