Quantenoptische Experimente als Grundlage eines Curriculums zur Quantenphysik des Photons
Patrick Bronner
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Patrick Bronner, Quantenoptische Experimente als Grundlage eines Curriculums zur Quantenphysik des Photons (2010), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832599027
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Beschreibung / Abstract
In dieser Arbeit wird über die Quantenoptik ein neuer Zugang zur Quantenphysik für Schulen und Universitäten vorgestellt, in dessen Mittelpunkt Experimente mit einzelnen Photonen stehen. Die Quanteneigenschaften werden phänomenorientiert direkt am Experiment erarbeitet und mit Anwendungen aus dem Bereich der Quanteninformation verknüpft. Die Versuche bestehen aus den gleichen Komponenten wie in einem modernen Forschungslabor und liefern vergleichbare Messergebnisse. Zum Einsatz der Experimente in der Ausbildung wurden interaktive Bildschirmexperimente programmiert und ein Schülerlabor an der Universität Erlangen-Nürnberg aufgebaut.
Mit der Entwicklung eines Schulcurriculums und dessen Erprobung an einem Gymnasium wurde erstmals gezeigt, dass 16-jährige Schüler die Wesenszüge und Anwendungen der Quantenphysik an realen quantenoptischen Experimenten erleben und erlernen können.
Mit der Entwicklung eines Schulcurriculums und dessen Erprobung an einem Gymnasium wurde erstmals gezeigt, dass 16-jährige Schüler die Wesenszüge und Anwendungen der Quantenphysik an realen quantenoptischen Experimenten erleben und erlernen können.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einführung
- 1.1 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
- 1.2 Bestehende Ausbildungskonzepte zur Quantenphysik
- 1.3 Auswahl des Quantenobjektes
- 1.4 Experimente zur Quantennatur von Licht
- 1.5 Kohärentes Licht: Quantenzustand vs. klassische e-m Welle
- 2 Repräsentation der Experimente
- 2.1 Animationen und Programme zur Quantenphysik
- 2.2 Lehrfilme zur Quantenphysik
- 2.3 Remotely-Controlled-Labs
- 2.4 Interaktive Bildschirmexperimente
- 2.5 Vergleich und Realisierung
- 3 Experimente mit einzelnen Photonen
- 3.1 Experimentelle Grundlagen
- 3.2 Existenz des Photons
- 3.3 Photonenstatistik mit einem Strahlteiler
- 3.4 Photonenstatistik mit einem TMD
- 3.5 Interferenz im Interferometer
- 3.6 Interferenz am Doppelspalt
- 3.7 Zweiphotoneninterferenz am Strahlteiler
- 3.8 Quantenkryptographie
- 3.9 Verschränkung
- 3.10 Quantenzufall
- 3.11 Sonstige Experimente
- 4 Integration der Experimente in die Ausbildung
- 4.1 Ausbildungslabore
- 4.2 Curriculum für die Schulausbildung
- 4.3 Homepage QuantumLab
- 5 Diskussion, Zusammenfassung und Ausblick
- 5.1 Diskussion zur Annahme des Konzepts
- 5.2 Zusammenfassung
- 5.3 Ausblick auf weitere Arbeiten