Doppelspaltinterferenz

DoppelspaltInterferenz bezeichnet das Muster, das entsteht, wenn kohärentes Licht durch zwei nahe beieinander liegende Spalten hindurchtritt und auf einem entfernten Schirm erscheint. Der Begriff geht auf das Experiment von Thomas Young im Jahr 1801 zurück, das maßgeblich zur Bestätigung der Wellentheorie des Lichts beitrug.

Prinzipiell treten durch zwei parallel zueinander angeordnete Spalten zwei kohärente Wellenquellen hervor. Auf dem Bildschirm entsteht ein Streifenmuster aus hellen und dunklen Bereichen, das von der Phasenbeziehung der beiden Wege abhängt. Der Phasenunterschied Δφ ergibt sich zu Δφ = (2π/λ) d sin θ, wobei d der Spaltabstand, λ die Lichtwellenlänge und θ der Beobachtungswinkel ist. Konstruktive Interferenz tritt bei Δφ = 2πm auf, destruktive bei Δφ = (2m+1)π. In der Praxis lässt sich der Abstand der hellen Maxima zu Δy ≈ (λ L)/d bestimmen, mit L dem Abstand zum Schirm.

Bei Spalten mit endlicher Breite a wird das Muster durch die Beugung an den Spalten begrenzt. Die Intensität folgt I(θ) = I0 [cos(π d sin θ / λ)]^2 [sin(π a sin θ / λ) / (π a sin θ / λ)]^2. Für idealisierte enge Spalten (a ≈ 0) nähert sich das Muster der reinen Interferenzform I(θ) ∝ cos^2(π d sin θ/λ).

DoppelspaltInterferenz ist auch mit Materieteilchen nachgewiesen worden, etwa Elektronen, Neutronen, Atome oder Moleküle, was die Wellen-Natur der Materie demonstriert. Wenn jedoch Informationen über den Weg der Teilchen gewonnen werden, verschwindet das Interferenzmuster gemäß dem Prinzip der Komplementarität.

Anwendungen dieser Phänomenologie finden sich in der Bestimmung von Wellenlängen, der Kalibrierung von Interferometern und in der Grundlagenforschung der Quantenmechanik.