München 2006 – wissenschaftliches Programm

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GR: Gravitation und Relativitätstheorie

GR 202: Experimentelle Tests

GR 202.4: Vortrag

Dienstag, 21. März 2006, 15:20–15:40, K

Quantenzustände ultrakalter Neutronen im Gravitationsfeld der Erde — •Claude Krantz und Hartmut Abele — Physikalisches Institut, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg, Deutschland

In unserem Experiment an der Neutronenquelle des Instituts Laue-Langevin (Frankreich) werden seit einigen Jahren gebundene Quantenzustände im Gravitationsfeld der Erde beobachtet. Auf Längenskalen von wenigen Mikrometern wird dabei das Verhalten von ultrakalten Neutronen untersucht, die über einem reflektierenden Spiegel frei fallen. In dem aus Spiegel und Schwerfeld entstehenden Potential besetzen die Neutronen nach den Gesetzen der Quantenmechanik ein diskretes Zustandsspektrum. Obwohl die untersten Energieeigenwerte nur einige Pico-eV betragen, ist es möglich, das System derart zu präparieren, dass nur der Grundzustand und die nächsten benachbarten Niveaus besetzt und damit Quanteneffekte beobachtbar werden, die vom klassischen Rahmen abweichen.

Mit Hilfe höchstauflösender Neutronendetektoren ist es nun gelungen, die Höhenverteilung der Teilchen über dem Spiegel direkt zu messen, also das Betragsquadrat der Wellenfunktion im Ortsraum abzubilden. Es zeigt sich, dass die Messdaten der quantenmechanischen Erwartung entsprechen, durch ein rein klassisches Modell aber nicht reproduziert werden können.