Heisenberg’s Unschärfeprinzip ist zweifellos eine der tiefgreifenden Aussagen der modernen Quantenphysik. Sie besagt, dass bestimmte Paare von Eigenschaften eines Teilchens nicht mit beliebiger Genauigkeit gemessen werden können, was beispielsweise für Ort und Impuls zutreffend ist. Dies wird oft damit begründet, dass jede Messung eine Störung am System verursachte welche das Resultat einer späteren Messung beeinflusst. Diese Darstellung ist jedoch eine zu starke Simplifizierung. Die Unschärfe ist teilweise in den Quanteneigenschaften des Teilchens selbst begründet. Quanten Teilchen sind nämlich keine punktförmigen Objekte mit wohldefinierter Geschwindigkeit, stattdessen verhalten sie sich wie Wellen, denen man aber im allgemeinen keine genauen Orte zuweisen kann. Eine verallgemeinerte Unschärferelation, die beide Arten der Unschärfe berücksichtigt, und zwar jene aus dem Messprozess und jene der Quanten Eigenschaften, wurde im Jahr 2003 entwickelt und von uns erstmals in einem Experiment mit Neutronen überprüft. Das vorliegende Forschungsprojekt zielt darauf ab, diese Untersuchungen von Unschärferelationen mit Neutronen fortzuführen.
Der zweite Schwerpunkt des Forschungsprojekts sind sogenannte “schwache Werte” (im Englischen “Weak Values”), die mittels einer Prozedur die als “schwache Messung ” (engl. “Weak Measurement”) bezeichnet wird bestimmt werden. Die zugrundeliegende Idee hinter dem Konzept der “schwachen Messungen” ist es eine kleine Menge an Information aus dem zu beobachten System zu extrahieren, während die von der Messung verursachte Störung möglichst geringgehalten wird. Schwache Werte haben eine Reihe von nützlichen Anwendung. In unserem Fall dienen sie beispielsweise zur Charakterisierung, genauer gesagt zur Rekonstruktion, des Zustandes eines Quanten Systems, oder aber auch um Fehler und Störung einer Unschärferelation zu bestimmen, was ebenfalls im Rahmen dieses Forschungsprojektes geplant ist.
Die beiden oben genannten Quanten Phänomene werden unter Zuhilfenahme eines etablierten neutronenoptischen Verfahrens, nämlich der Neutroneninterferometrie, untersucht. Neutroneninterferometrie nutzt die Welleneigenschaften von freien Neutronen, deren Quelle beispielsweise ein Forschungsreaktor ist. Im Interferometer treffen Neutronen auf die erste Platte, wobei sie durch Beugung am Kristallgitter in zwei Strahlen getrennt werden, die an der letzten Platte wieder kohärent rekombiniert werden, um konstruktiv oder destruktiv zu interferieren. Die damit verbundene enorme Sensitivität macht das Neutroneninterferometer zu einem optimalen Instrument zur Untersuchung von Unschärferelationen und schwachen Werten.
