Einstein’s Spukhafte Fernwirkung in der Teilchenphysik


ForscherInnen haben erstmals einen aussagekräftigen Test entwickelt, um die Frage zu beantworten, ob es Korrelation zwischen massiven Teilchen, so genannten Kaonen, gibt, die stärker als alle klassischen Korrelation sind. Überraschenderweise ist der Test auch sensitiv zu dem beobachten Unterschied zwischen Materie und Antimaterie, der CP Verletzung, die auch in Verbindung mit kosmologischen Frage steht, warum wir in einem Materie dominierten Universum leben.

Betrachtet man eine Quelle, die zwei Kaonen in verschiedene Richtungen aussendet und lässt diese von zwei unabhängigen Experimentatoren messen, dann beobachtet man starke Korrelationen. Zum Beispiel, falls sich beide Experimentatoren zufällig dazu entschließen in der gleichen Entfernung von der Quelle zu messen und die Quelle die Teilchen in einem so genannten antisymmetrischen Bellzustand geschickt hat, dann beobachtet man z.B. falls der eine Experimentator ein Anti-Kaon als Messergebnis gefunden hat, dann findet der andere niemals ein Anti-Kaon, sondern entweder ein Kaon oder ein Zerfallsprodukt. Um diese starken Korrelationen, die man zum Beispiel auch bei polarisierten Photonen sieht, erklären zu können, hatte Einstein verborgene Parameter eingeführt, da es in der Natur --seiner Meinung nach-- vernünftigerweise keine „spukhafte Fernwirkung“ geben sollte.

1964 hat sich John Stuart Bell solche „vernünftigen“ Theorien genauer angeschaut, die auf Lokalität („was ich hier lokal ändere kann keinen unmittelbaren Effekt auf etwas weit entferntes haben“), einem Realitätsbegriff und freiem Willen („es ist nicht vorbestimmt, was die Experimentatoren unabhängig voneinander beschließen zu messen“) fußen. Er fand so genannten Bell-Ungleichungen, die für alle „vernünftigen“ Theorien gelten müssen, aber manchmal für die Korrelationen, die mit Hilfe der Quantentheorie berechnet werden, nicht gelten. Damit kann erstmals eine philosophische Frage, ob es verborgene Parameter gibt oder nicht, von einem Schiedsrichter in der Wissenschaft, dem Experiment, beantwortet werden!

Seitdem sind viele Experimente mit Lichtteilchen (=Photonen) und normaler Materie durchgeführt worden und haben gezeigt, dass die Korrelationen nicht durch verborgene Parameter erklärt werden können, allerdings gibt es immer noch experimentelle Schlupflöcher. Das Phänomen „Verschränkung“, das dafür verantwortlich ist, findet sich jedoch auch bei massiven Systemen, die aus einem Quark-Antiquark Paar zusammengesetzt sind. Spukt es auch in solchen massiven Systemen?

Solch ein Test ist nicht leicht, da Kaonen schnell zerfallen und aus experimentellen Gründen nur in einem bestimmten Zustand zahlreich genug produziert werden können und auch nur bestimmte Messgrößen zur Verfügung stehen. Daher hat es mehr als 10 Jahre gebraucht, bevor ForscherInnen den entscheidenden Durchbruch erzielen konnten.

Erstmals wird es möglich sein, zum Beispiel am Beschleuniger DAPHNE, der in der Nähe von Rom steht, und dem KLOE Detektor diese Bell Test durchzuführen.

Links:
ScienceDaily
physorg
B.C. Hiesmayr, A. Di Domenico, C. Curceanu, A. Gabriel, M. Huber, J-A. Larsson, P. Moskal “Revaling Bell’s nonlocality for unstable systems in high energy physics”, Eur. Phys. J. C. (2012) 72:1856: http://www.springerlink.com/content/t5414158j2px37r6


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