Schon seit langem bieten sich Interferenzexperimente mit Neutronen als eine nahezu optimale Strategie zur Untersuchung der Grundlagen der Quantenmechanik mittels Materiewellen an. Interferometer Experimente mit Neutronen, wo Aufgrund der Strahltrennung von mehreren Zentimetern tatsächlich Quanteninterferenz auf einer makroskopischen Skala statt findet, ermöglichten die Realisierung zahllose Lehrbuchexperimente der Quantenphysik. Erwähnt seien hier beispielsweise der Nachweis der 4p Spinor Symmetrie von Spin-1/2 Teilchen, Spin Superposition, gravitationsinduzierte Phasen und Effekte durch Bewegung in Nicht-Inertialsystemen. Zudem hat sich eine alternative Methode, beruhend auf dem Interferenzeffekts der Spin Eigenzustände des Neutrons, das sogenannten Polarimeter, als ein weiteres wertvolles Instrument für die Untersuchung von Zwei-Niveau Systemen erwiesen. Dieses Messinstrument wird vor allem genutzt für quantenmechanische Messungen, die hohe Stabilität und Effizienz erfordern.
In diesem Projekt, aufbauend auf unseren jüngsten erfolgreichen Forschungsergebnissen, setzten wir nun die Untersuchungen von Unschärferelationen mit Neutronen Materiewellen fort. Darüber hinaus ermöglicht die Interferometrie eine konzeptionelle Erweiterung der Unschärferelation, und somit neue Einblicke hinsichtlich Welle-Teilchen Dualismus. Das Projekt hat die folgenden drei Forschungsziele:
(i) Entwicklung eine Messmethode für inkompatible Spin Messungen, geeignet zur Untersuchung der weiterentwickelten und strengeren Fehler-Störung Unschärferelationen von Ozawa und Branciard
(ii) Untersuchung einer auf Informationstheorie basierenden Unschärferelationen in Form einer binären Entropiefunktion, in der ein „Fehlerkorrekturverfahren“ einen zentraler Aspekt hinsichtlich theoretischer und experimenteller Gesichtspunkte der Forschungsaktivitäten darstellt.
(iii) Erweiterung der Unschärferelation für Pfad/Unterscheidbarkeit und Welle/Amplitude im Doppelspaltexperiment, wo neue Erkenntnisse bezüglich Welle-Teilchen Dualismus erwartet werden.
Im Vorgängerprojekt „Zweifach, dreifach und vierfach Verschränkung von Neutronen“ (Juli 2009~) gelang uns die experimentelle Herstellung von mehrfach verschränkten Zuständen sowohl im Interferometer als auch im Polarimeter. Des Weiteren wurde in einem polarimetrischen Experiment eine Verletzung von Heisenbergs originaler Unschärferelation für Fehler und Störung samt Bestätigung der Richtigkeit einer neuen universellen Unschärferelation bewerkstelligt. Hervorzuheben ist hierbei, dass dieses Experiment den Anstoß zu zahlreichen Untersuchungen der Unschärferelation gab (in theoretischer als auch experimenteller Hinsicht). Basierende auf diesen Errungenschaften sind wir der Ansicht weitere experimentelle Untersuchungen auf diesem Gebiet durchführen zu können. Außerdem hoffen wir, dass Interferometer Experimente eine Erweiterung der Unschärferelation und somit neue Erkenntnisse hinsichtlich Welle-Teilchen Dualismus mit sich bringen.
In diesem Projekt sind experimentelle Untersuchungen vorrangig, theoretische Unterstützung wird von Kollaborationen mit anderen Gruppen in Japan, Australien und weltweit bereitgestellt. Ziel dieses Projektes ist es auch einen wesentlichen Teil zum beeindruckenden Fortschritt in der Quantenoptik und Quanteninformations-, Kommunikations-technologie und Quantenmetrologie durch Ausnutzung der speziellen Eigenschaften des Neutrons als Materiewelle beizutragen.
