Das „freie“ Photon der Quantenelektrodynamik

Im Physikunterricht steht üblicherweise ein Doppelspalt-Versuch mit Laser-Licht im Zentrum, wobei in der Regel sehr viele Photonen beteiligt sind. Aber was geschieht, wenn jeweils nur ein Photon durch den Doppelspalt geschickt wird? Zur Veranschaulichung von Grundfakten der Quantenphysik (Unbestimmtheit, Komplementarität, …) werden in der Schule in Ermangelung teurer Einzelphotonen-Geräte Polarisationsexperimente mit Laser-Licht durchgeführt. Stellen solche Experimente nur eine Analogie zum Verhalten eines einzelnen Photons dar, oder verhalten sich Einzelphotonen tatsächlich wie klassische elektromagnetische Wellen? Welcher-Weg-Information (WWI) und Interferenz schließen sich gegenseitig aus. Bei einem modifizierten Doppelspaltversuch mit Licht soll der Durchtrittsspalt an der Polarisation jedes Photons mittels eines Analysators abgelesen werden. Die Schüler lernen dabei den Begriff des Quantenradierers kennen, denn durch die Orientierung eines Analysators könne WWI gewonnen werden, oder sie könne entfernt (ausradiert) werden, worauf Interferenz wieder sichtbar wird. Kann die Analysatorstellung wirklich den Durchtrittsort nachträglich und rückwirkend beeinflussen (verzögerte Entscheidung, Retrokausalität)? Ein Hohlraum-Resonator für elektromagnetische Wellen gerät in Resonanz, wenn Wellen mit einer der Eigenfrequenzen des Resonators eingestrahlt werden. Kann der Hohlraum bereits mit einem einzigen Photon in Resonanz geraten? Mit Hohlraum-Resonatoren vor jedem Spalt könnte man so bei einem Doppelspalt-Experiment mit Atomen den Durchtrittsort registrieren und WWI zu erhalten, ohne den Zustand des Atoms zu stören. Zu solchen Fragen gibt das vorliegende Buch Antworten im Sinne der Quantenelektrodynamik, allerdings für freie, nicht an Ladungen gekoppelte elektromagnetische Felder.