Seit ihren Anfängen haben sich Experimente mit dem Neutroneninterferometer als ideale Technik für
Untersuchungen im Bereich der Grundlagen der Quantenmechanik mit massebehafteten Teilchen
etabliert. Diese Experimente, in denen Interferenzeffekte von Materiewellen eine wichtige Rolle spielen,
dienen bis heute als elegante Demonstration quantenmechanischer Phänomene. Diese Technik
ermöglichte es zahllose Lehrbuchexperimente der Quantenphysik, wie den Nachweis der 4¿ Spinor
Symmetrie von Spin-1/2 Teilchen, Spin Superposition, gravitationsinduzierte Phasen, Fizeau- und Sagnac
Effekt, direkt zu realisieren. Eine alternative Methode, beruhend auf dem Interferenzeffekts der Spin
Eigenzustände des Neutrons, das sogenannten Polarimeter, hat sich als ein weiteres wertvolles Instrument
für die Untersuchung von Zwei-Niveau Systemen erwiesen. Es wird genutzt für Phasenmessungen (z.B.
topologische Phasen), ins besonders bei Experimenten die hohe Phasenstabilität und Effizienz erfordern.
In diesem Projekt, aufbauend auf unseren jüngsten erfolgreichen Untersuchungen auf dem Gebiet
der Quantenmechanik mittels Neutronen, setzten wir mit Untersuchungen von sog. „schwachen
Messwerten“ fort. Hierbei handelt es sich um einen erweiterten Messwerteberreich, welcher aus
konventionellen Messergebnissen aufgrund starker Wechselwirkung mit Materiewellen von Neutronen
bestimmt wird. Das Projekt hat die folgenden vier Forschungsziele:
(i) Entwicklung eine Methode zur Bestimmung von „schwachen Messwerten“ vom Materiewellen durch
„schwache Messungen“, aber auch mittels alternativer Strategien ohne schwacher Wechselwirkung
(ii) Untersuchungen von „schwachen Messwerten“ in Form von komplexen Zahlen, aber auch in Bezug
auf „Welcher-Weg-Information“ hinsichtlich Welle-Teilchen-Dualismus in Neutronenexperimenten
(iii) Analyse von Paradoxa der Quantenmechanik im Zusammenhang mit „schwachen Messwerten“
(iv) Untersuchung von „schwachen Messwerten“ hinsichtlich ihres Informationsgehaltes und ihrer
Bedeutung als Resultat von erweiterten Quantenmessungen.
Im Vorgängerprojekt „Zweifach, dreifach und vierfach Verschränkung von Neutronen“ (Juli 2009~)
gelang uns die experimentelle Herstellung von mehrfach verschränkten Zuständen sowohl im
Neutroneninterferometer als auch im Polarimeter. Weiters wurde in einem polarimetrischen Experiment
eine Verletzung von Heisenbergs originaler Unschärferelation für Fehler und Störung samt Bestätigung
der Richtigkeit einer neuen universellen Unschärferelation bewerkstelligt. Basierend darauf sind wir der
Ansicht, dass Untersuchungen von „schwachen Messwerten“ mit Materiewellen von Neutronen nun
durchführbar sind: Eine Entwicklung von optischen Komponenten wird die vorgeschlagenen Experimente
ermöglichen. Außerdem hoffen wir, dass diese Experimente neue Aspekte von Quantenmessungen
aufzeigen, und den verfügbaren Informationsgehalt ergiebiger widerspiegeln als klassische Messungen.
In diesem Projekt sind experimentelle Untersuchungen vorrangig, theoretische Unterstützung wird von
Kollaborationen mit anderen Gruppen innerhalb Österreichs, Japan, Frankreich, Indien und weltweit
bereitgestellt. Ziel dieses Projektes ist es auch einen wesentlichen Teil zum beeindruckenden Fortschritt
in der Quantenoptik und Quanteninformations- und Kommunikationstechnologie durch Ausnutzung der
speziellen Eigenschaften des Neutrons als Materiewelle beizutragen.