Photon Bunching

Photon Bunching

Unter Photon Bunching versteht man das Auftreten von zeitlichen Koinzidenzen einzelner Photonen aus derselben Quelle, in der Regel thermische Lichtquellen.

Anschaulich gesprochen „verklumpen“ (Bunch ist die englischsprachige Bezeichnung für Teilchenpaket) thermisch erzeugte Photonen, zwei Detektoren messen mit erhöhter Wahrscheinlichkeit gleichzeitig ein Photon aus der Quelle. Dies ist bei einer Laser-Lichtquelle nicht so, deren Detektionszeitpunkte folgen der Poisson-Verteilung. Die erste Erklärung dieses Unterschieds lieferte Roy J. Glauber, der für seine Beiträge zur Quantentheorie der optischen Kohärenz im Jahr 2005 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.

Der Effekt des Photon Bunching steht im Widerspruch zum klassischen Bild von Photonen als nicht-wechselwirkenden Teilchen, die unabhängig voneinander, also unkorreliert, detektiert werden sollten. Im Rahmen des Welle-Teilchen-Dualismus wird der Effekt als Wellenerscheinung interpretiert, er wird in der Quantenphysik vorhergesagt.

Eine experimentelle Bestätigung lieferte das Intensitätsinterferometer, welches von Robert Hanbury Brown und Richard Twiss entwickelt wurde.[1] Es nutzt den Hanbury-Brown/Twiss-Effekt (HBT), wonach von einem Stern die Photonen bevorzugt paarweise ankommen.[2]

Die Rolle von Photonen kann von jedem anderen Boson eingenommen werden, thermisch verteilte bosonische Atome bei extrem tiefen Temperaturen zeigen ebenfalls Bunching.[3] Die Tendenz von Bosonen, zu Paketen zu verklumpen, ist wichtiger Teil der Theorie der Bose-Einstein-Kondensate.

Einzelphotonenquellen zeigen Photon Antibunching, die Photonen werden nie zeitgleich detektiert.

Einzelnachweise

  1. ↑ R. Hanbury Brown; R. Q. Twiss: Correlation between photons in two coherent beams of light. In: Nature. Nr. 177, 1956, S. 27.
  2. ↑ Horst Hübel: Hanbury-Brown/Twiss-Effekt. Abgerufen am 22. Mai 2009.
  3. ↑ Horst Hübel: Klassisches und nichtklassisches Licht. Abgerufen am 22. Mai 2009.

Literatur

  • Harry Paul: Photonen: Eine Einführung in die Quantenoptik. Vieweg+Teubner Verlag, 1999, ISBN 9783519132226.
  • Pierre Meystre, Murray Sargent III: Elements of Quantum Optics. Springer, 2007, ISBN 9783540742098.

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