Interaktive Bildschirmexperimente mit dem Quantenkoffer
Der Einsatz des Quantenkoffers im Unterricht oder im Schülerlabor bringt Beschränkungen mit sich.
- Der Quantenkoffer kann nur als Demonstrationsexperiment im Klassenunterricht eingesetzt werden
- Die Justage der Lichtquelle und des optischen Aufbaus erfordert einige Übung und Zeit.
Um Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit zu geben, sich mit den Experimenten in Einzel- oder Gruppenarbeit zu beschäftigen wurden deshalb interaktive Bildschirmexperimente erstellt. Dazu wurden die Experimente mit dem Quantenkoffer aufgebaut und die Ergebnisse für eine begrenzte Anzahl interessanter Einstellungen abgefilmt. Die interaktiven Bildschirm bilden die Bedingung des Quantenkoffers nach und zeigen zu den realisierten Einstellungen die zugehörigen echten Messdaten.
Das hat folgende Vorteile:
- Die IBE können von Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit oder Gruppenarbeit durchgeführt werden.
- Die IBE begrenzen den für die Schülerinnen und Schüler zugänglichen Handlungsraum der Experimente auf konzeptionell relevante Variationen, sodass die sie schneller die wesentlichen Beobachtungen erzielen können.
- Die IBE können zur Vorbereitung oder Nachbereitung des Unterrichts (z.B. als Hausaufgabe) oder von Projekten mir dem Quantenkoffer in unserem Schülerlabor eingesetzt werden.
- Die IBE können sowohl zur Exploration als auch zur Konzeptbildung eingesetzt werden.
Diese Fragestellungen können mit den interaktiven Bildschirmexperimenten untersucht werden:
IBE Strahlteiler und Polfilter
- Teilen sich die Photonen (Energieportionen des Lichts) am Strahlteiler auf oder werden sie immer nur als Ganzes detektiert?
- Inwiefern zeigt sich Polarisation als Eigenschaft elektromagnetischer Wellen bei Photonen?
IBE Michelson-Interferometer
- Inwiefern verträgt sich die vermeintliche Unteilbarkeit der einzelnen Photonen (Energieportionen) mit der Überlagerung (Superposition) verschiedener Lichtwege?
IBE Mach-Zehnder-Interferometer
- Inwiefern bestehen Welleneigenschaften (Interferenz) und Teilcheneigenschaften (Unteilbarkeit) bei Photonen gleichzeitig?
IBE Photonenpaare ohne und mit Verschränkung
- Wie beeinflussen sich verschränkte Photonen in getrennten Strahlengängen?
Danksagung
- Die IBE wurden mit tet.folio der Freien Universität Berlin entwickelt. Wir danken insbesondere Herrn Dr. Sebastian Haase für die technische Unterstützung.
- Finanzielle Unterstützung wurde uns von der Wilhelm und Else Heraeus Stiftung und dem Stifterverband gewährt.
An der Erstellung der IBE waren beteiligt
- Konzeption: Heiko Krabbe, Marco Seiter, Josefin Metje, Elouise Lemonakis
- Aufnahme der Experimente: Marco Seiter, Friedrich Strube, Timm Hoormann
- Realisierung in tet.folie: Elouise Lemonakis
