Fast jeder kennt eine der Kernaussagen der Quantenphysik, derzufolge Materie nicht nur in Form von Teilchen in Erscheinung tritt, sondern auch in Wellenform. Im Elektronenmikroskop etwa werden die Elektronen als Wellen genutzt, die wegen ihrer sehr kleinen Wellenlänge Feinheiten auflösen, die in Lichtmikroskopen unsichtbar bleiben. Umgekehrt tritt Licht auch in Form von Teilchen auf, so genannten Photonen. Im "Doppelspaltexperiment" zeigt sich dieser Welle-Teilchen-Dualismus eindrucksvoll. Sendet man Licht durch zwei parallele Spalte, entsteht auf einem Schirm dahinter ein Streifenmuster durch Überlagerung der Lichtwellen, im Fachjargon: Interferenz. Prüft man aber, durch welchen Spalt die Photonen treten, behandelt man das Licht also als Teilchen, verschwindet das Interferenzmuster.

Dementsprechend lautete das bisherige Dogma: Man beobachtet entweder Welle oder Teilchen. Nun haben aber kanadische Forscher mit einer neuen Version des Doppelspaltexperimentes gezeigt, dass sich sehr wohl beides gleichzeitig beobachten lässt.

Die Forscher um Aephraim Steinberg von der University of Toronto nutzten so genannte "schwache Messungen", um die Wege zu verfolgen, auf denen einzelne Photonen durch die Versuchsanordnung flogen. Dafür verwendeten die Forscher einen doppelbrechenden Kristall, der die Polarisation eines Photons abhängig von dessen Flugrichtung ändert.

Solche "schwachen Messungen" beeinflussen die Flugrichtung kaum, so dass trotzdem ein Interferenzmuster entsteht. Allerdings liefert eine einzelne schwache Messung nur ein sehr ungenaues Resultat. Diesen Makel glichen die Physiker aus, indem sie viele schwache Messungen an vielen Punkten im Raum zwischen Doppelspalt und Interferenzschirm machten und aus den Messwerten "durchschnittliche Flugbahnen" der Photonen bestimmten. Sie zeigen eine Art "Durchschnittsverhalten" einer Menge von Photonen. Es zeigte sich beispielsweise, dass sich die Flugbahnen von Photonen, die durch den einen Spalt gehen, nicht mit denen der Photonen kreuzen, die durch den anderen Spalt gegangen sind.

Die Untersuchungen stehen auch im Zusammenhang mit der Heisenbergschen Unschärferelation, nach der der Weg eines Teilchens nicht bestimmt werden kann, da eine Messung der Geschwindigkeit die Position des Partikels verändert und umgekehrt. Steinberg und sein Team behaupten nicht, ihr Experiment ändere daran etwas, da es sich nicht um den Weg eines einzelnen Teilchens, sondern um den gemittelten Weg vieler Partikel handelt. Das Experiment biete aber ein neue Sicht auf das Doppelspaltexperiment, das schon seit den Anfängen der Quantenphysik Anfang des 20. Jahrhunderts für Diskussionen sorgt. (cm)