Dynamisches Quantenverhalten untersucht mit Neutroneninterferometrie

In Neutroneninterferometern werden Quanteninterferenzeffekte von Materiewellen massereicher Teilchen in makroskopischen Aufbauten gezeigt; Die Neutroneninterferometrie wird seit mehr als vier Jahrzehnten eingesetzt und hat sich heute als ideales Instrument für die Untersuchung grundlegender Eigenschaften der Quantenmechanik mit Materiewellen etabliert. Mit dieser Technik werden viele Lehrbuchexperimente der Quantenphysik durchgeführt, wie zum Beispiel Demonstrationen der 4pi-Spinorsymmetrie von 1/2- Spin, Spinüberlagerung, gravitationsinduzierter Phase und nicht-trägen Bewegungseffekten. In jüngerer Zeit werden parallel zur Entwicklung der Quanteninformationstechnik Quanteneigenschaften der Verschränkung zwischen Freiheitsgraden in einem einzelnen Quantenteilchen, zwar Neutron, unter Verwendung von Neutroneninterferometer-Aufbauten intensiv untersucht. In diesem Projekt werden nach unseren jüngsten erfolgreichen Untersuchungen der Grundlagen der Quantenmechanik mit Neutronen grundlegende dynamische Verhaltensweisen von Quantenteilchen untersucht. Das Projekt hat die folgenden sechs Forschungsziele: - Untersuchungen verschiedener Formen von Quanten-Cheshire-Cat-Effekte - Implementierung von simultanen Pfadschwachmessungen im Mehrweg-Neutroneninterferometer - Untersuchungen zur erweiterten Situation des Quantenbox-Paradoxons - Untersuchungen zur Leggett-Garg-Ungleichung zur Beschreibung der Quantenkausalität - Durchführung von Schutzmessungen mit Neutronen - Grundlegende Untersuchungen inkompatibler dynamischer Eigenschaften von Quantenteilchen Im vorherigen Projekt Schwache Werte im neutronoptische Experimenten (September 2013 bis August 2017) haben wir experimentelle Untersuchungen zu verschiedenen Aspekten von Schwachmessungen und Schwachwerten durchgeführt. Auf der Grundlage dieser Erfolge halten wir es für möglich, grundlegende Eigenschaften des dynamischen Verhaltens von Quantenteilchen genauer zu untersuchen. Die jüngstenbemerkenswertenEntwicklungen derQuanteninformations- und Kommunikationstechnologie haben zu einem neuen Verständnis der grundlegenden Wahrnehmungen der Quantenmechanik geführt. Die Verwendung von optischen Materiewellenaufbauten, insbesondere Neutroneninterferometern, kann neue Perspektiven für die experimentelle Zugänglichkeit der grundlegenden Quantendynamik eröffnen. Wir hoffen, dass unsere Experimente neue Aspekte der Quantendynamik auf einer fundamentalen Ebene enthüllen, die reich an zugänglichen Informationen eines Quantensystems sind als diejenigen in der klassischen Physik. In diesem Projekt sind experimentelle Untersuchungen vorrangig, theoretische Unterstützung wird von Kollaborationen mit anderen Gruppen innerhalb der USA, Australien, Frankreich, Japan 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.