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Quantenkryptografie und Neutrino-Oszillationen

Physikalische Inhalte:

  • Grundlagen der Quantenmechanik
  • Quantenkryptografie
  • Neutrino-Oszillationen

Kurzbeschreibung des Vortrags:

Es werden zwei Prozesse vorgestellt, die es erlauben, grundlegende Züge der Quantenmechanik ohne fortgeschrittene Mathematik zu demonstrieren. Das erste ist die Quantenkryptografie. Dieses Verfahren erlaubt es, mit Hilfe polarisierter Photonen (Lichtteilchen) einen kryptografischen Schlüssel abhörsicher zu übermitteln. Es wurde an verschiedenen Stellen (u.a. in Wien) realisiert und in einem Demonstrationsexperiment verwendet um Bankdaten sicher zu verschicken.
Das zweite Beispiel bilden die Neutrino-Oszillationen. Die Sonne erzeugt Energie durch die Verschmelzung von vier Protonen (Wasserstoffkerne) zu einem Alpha-Teilchen (Heliumkern). Dabei sollten nach der Theorie der schwachen Wechselwirkungen auch zwei Neutrinos produziert werden. Diese könnten experimentell nachgewiesen werden; die ersten Experimente ergaben aber nur etwa ein Drittel der erwarteten Zahl an Neutrinos. Zur Erklärung schlug Pontecorvo vor, dass sich die in der Sonne erzeugten Neutrinos auf dem Weg zur Erde in Neutrinos eines anderen Typs (Myon- oder Tau-Neutrinos) umwandeln, die in den ersten Experimenten nicht nachgewiesen werden konnten. Die Umwandlung von Neutrinos (im Vakuum) ist mathematisch analog zur Änderung der Polarisation eines Photons in einem doppelbrechenden Kristall oder in einer Zuckerlösung. Die Hypothese von Pontecorvo wurde bestätigt durch Experimente in den unterirdischen Labors Super-Kamiokande (Japan) und Sudbury (Kanada), die auch die anderen Typen von Neutrinos nachweisen konnten. Für diese Experimente wurde 2015 der Nobelpreis für Physik an Takaaki Kajita und Arthur McDonald verliehen. Die Existenz von Neutrino-Oszillationen impliziert auch, dass Neutrinos nicht massenlos sein können, wie vorher meist angenommen wurde.

Dauer:

1 Stunde

Bei Interesse an diesem Thema wenden Sie sich bitte an urbaan.titulaer(/\t)jku.at.