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Dieses Experiment liefert den direkten Beleg für ein erstaunliches Quantenph?nomen, das nur bei v?llig gleichartigen Quantenobjekten beobachtet wird. Damit kommt die Quantenforschung einen wichtigen Schritt voran.
Die Teilchen, denen das Forscherteam auf der Spur ist, sind schwer zu fassen. Die Physiker untersuchen die Quantenteilchen der elektromagnetischen Wellen, auch Photonen genannt, aus denen Licht besteht. Photonen lassen sich nur dann unterscheiden, wenn sie unterschiedliche Wellenl?ngen haben, in unterschiedlichen Richtungen schwingen oder sich an verschiedenen Punkten in Raum und Zeit befinden.

?Wenn zwei in Wellenl?nge und Schwingungsrichtung ununterscheidbare Photonen aufeinandertreffen und sich wieder trennen, haben sie gewisserma?en ihre Identit?t verloren“, erl?utert Kurt Busch.
?Man stelle sich vor, wir schicken zwei Zwillinge durch zwei Türen in einen gemeinsamen Raum. Wenn Sie wieder hinaustreten, k?nnen wir nicht feststellen, ob sie dazu jeweils dieselbe Tür benutzt haben oder nicht“, erg?nzt Oliver Benson.
In der Quantenmechanik passiert dennoch etwas. Laut dem sogenannten Symmetrisierungspostulat gibt es zwei Kategorien von Elementarteilchen: Bosonen und Fermionen. Diese Arten von Teilchen unterscheiden sich dahingehend, was passiert, wenn man sie miteinander vertauscht.
Im Beispiel hie?e das, wenn jeder der Zwillinge den Raum aus der jeweils anderen Tür wieder verl?sst. Bei Bosonen ?ndert sich nichts – bei Fermionen erh?lt die quantenmechanische Wellenfunktion, die die Teilchen beschreibt, einen Phasenschub, der auch Austauschphase genannt wird.
?Im Zwillingsbeispiel kann man sich das vielleicht so vorstellen: Schicken wir die beiden Zwillinge im Gleichschritt in den Raum und kommen sie aus verschiedenen Türen wieder heraus, so sind sie weiterhin im Gleichschritt. Als Bosonen treten die Zwillinge mit demselben Bein voran aus dem Raum heraus, mit dem sie auch zuerst in Raum geschritten sind. Jedoch ben?tigen sie als Fermionen beide einen Schritt mehr und gehen beim Verlassen des Raumes nun mit dem anderen Bein voran“, so Benson.
?Dass Photonen bosonisch sind, konnte bislang nur durch indirekte Messungen und mathematische Berechnungen gezeigt werden“, sagt Kurt Busch. ?In unserem jüngsten Experiment haben wir die Teilchenaustauschphase von Photonen erstmals direkt gemessen und haben damit einen direkten Beleg für ihren bosonischen Charakter erbracht.“
Um die Austauschsymmetrie eines Zustandes für zwei identische Teilchen direkt nachzuweisen, hat das Team eine optische Apparatur mit einem Interferometer aufgebaut. Herzstück des Aufbaus - in der Gr??e eines kleinen Tisches - sind zwei Strahlteiler. Zwei Photonen wurden dann in das Interferometer geschickt und durch den Strahlteiler auf zwei verschiedene Wege geführt. Entlang einem der beiden Wege werden die Photonen miteinander vertauscht, w?hrend sie auf dem anderen unver?ndert bleiben. Am Ausgang des Interferometers wurden dann beide Photonen am zweiten Strahlteiler wieder überlagert. ?Je nachdem, ob die Photonen bosonisch oder fermionisch sind, sind dann die beiden Photonen im Gleichschritt und verst?rken sich oder sie sind au?er Tritt und l?schen sich aus“, erl?utern die Physiker.