Neue Quanteninterpretation erklärt Doppelspaltexperiment ohne Wellencharakter

Eine theoretische Neufassung des Doppelspaltexperiments, publiziert im April 2025 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters, stellt das etablierte Konzept der Wellen-Teilchen-Dualität fundamental in Frage. Die Forschung unter der Leitung von Celso J. Villas-Boas und seinem Team an der Universidade Federal de São Carlos in Brasilien postuliert, dass das beobachtete Interferenzmuster ausschließlich durch die Berücksichtigung diskreter Quantenzustände von Photonen erklärbar ist. Damit entfällt die Notwendigkeit einer Wellenbeschreibung für dieses grundlegende Experiment.

Diese Arbeit fällt in das Jahr 2025, das von den Vereinten Nationen zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie ausgerufen wurde. Die neue Perspektive bewertet die ursprüngliche Demonstration der Lichtwellennatur durch Thomas Young aus dem Jahr 1801 neu, indem der Fokus von der Feldüberlagerung auf die Zustandswechselwirkung verschoben wird. Das Kernstück der Analyse ist die mathematische Unterscheidung zwischen sogenannten „dunklen Zuständen“ und „hellen Zuständen“ der Photonen.

Die dunklen Zustände sind für die Erklärung der dunklen Interferenzfransen verantwortlich. Sie repräsentieren Photonen, die zwar physikalisch vorhanden sind, jedoch nicht mit dem Detektor wechselwirken, da sich ihre Anregungswirkungen gegenseitig auslöschen. Im Gegensatz dazu korrespondieren die hellen Zustände mit den beobachteten Lichtfransen, da hier eine Detektion stattfindet. Villas-Boas schlussfolgert, dass die Interferenzstruktur vollständig durch diese Teilchenzustände abgebildet wird; die dunklen Regionen enthalten demnach Photonen in einem für die Messung nicht zugänglichen Zustand.

Diese theoretische Konstruktion bietet einen alternativen Rahmen zur klassischen Interpretation, welche Interferenz als destruktive Überlagerung von Wellen beschreibt. Die Implikationen berühren fundamentale Aspekte der Quantenmechanik, insbesondere Niels Bohrs Komplementaritätsprinzip. Die Forscher um Villas-Boas legen nahe, dass die Messung selbst die Zustände der Photonen umkonfiguriert, was den Verlust der Interferenz bei „Which Path“-Messungen erklärt, anstatt einer bloßen Störung der Teilchenbahn. Diese Fokussierung gewinnt an Bedeutung im Kontext aktueller Forschung zur Entwicklung von Quantentechnologien.

Obwohl die klassische Wellenbeschreibung des Lichts seit den Maxwell-Gleichungen fest etabliert ist, zeigt diese Arbeit, dass die Interpretation von Quantenphänomenen noch nicht abgeschlossen ist. Die Behauptung, dass thermische Strahlung ebenfalls solche unobservable dunkle Zustände aufweisen könnte, eröffnet Wege für zukünftige experimentelle Überprüfungen dieser Theorie. Die Forschungsgruppe der Federal University of São Carlos liefert damit einen Beitrag zur Verfeinerung des Verständnisses der Quantenwelt, indem sie eine rein teilchenbasierte Erklärung für ein Phänomen anbietet, das traditionell als Beweis für die Wellennatur galt.