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Aufgabe

Quantenobjekt Elektron (Abitur BW 2007 A1-d)

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Im Jahr 1989 wurde ein Doppelspalt-Experiment mit einzelnen Elektronen durchgeführt, d.h. es befand sich jeweils nur ein Elektron in der Versuchsapparatur. Dabei ergeben sich die Bilder in nebenstehender Abbildung.

Erläutere, warum dieses Experiment zeigt, dass Elektronen Quantenobjekte sind.

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag.

Interferenzfähigkeit

Elektronen kann man eine Wellenlänge zuordnen (vgl. Elektronenbeugung). Sie können mit sich selbst interferieren.

Stochastische Verteilung

Wo ein einzelnes Elektron auftreffen wird, lässt sich nicht vorhersagen. Es lassen sich jedoch Wahrscheinlichkeitsaussagen darüber machen, welche Auftreffpunkte wahrscheinlicher sind und welche weniger wahrscheinlich. Wenn man die Auftreffwahrscheinlichkeiten vieler Elektronen betrachtet, so führt dies zu einer Überlagerung der Wahrscheinlichkeitswellen, die dann der Intensitätsverteilung auf dem Schirm bestimmt.

Elektronen sind also weder Teilchen noch Welle. Sie sind Quantenobjekte. Die Lokalisationswahrscheinlichkeit \(P\) für das Auftreffen an einer bestimmten Stelle auf dem Schirm wird durch eine Wellenfunktion bestimmt.