Pilotwellentheorie besteht neue Prüfung zum Tunneleffekt

Die de-Broglie-Bohm-Theorie, oft als „Quantensurfer“ beschrieben, hat eine neue Herausforderung überstanden. Eine aktuelle Analyse argumentiert, dass ein in Nature veröffentlichtes Tunnelexperiment, das der Theorie zu widersprechen schien, mit ihr vereinbar ist, sobald man Lichtverluste im Versuchsaufbau berücksichtigt.

Ein dritter Weg beim Solvay-Kongress 1927

Vor fast hundert Jahren standen sich auf dem fünften Solvay-Kongress in Brüssel zwei Sichtweisen der Quantenmechanik gegenüber. Die Kopenhagener Schule um Niels Bohr, Werner Heisenberg und Max Born hielt die Natur für grundsätzlich zufällig und mit klassischen Begriffen von Raum, Zeit und Kausalität nicht beschreibbar. Albert Einstein verteidigte den Determinismus Newtons, zugespitzt in seinem Satz „Gott würfelt nicht“.

Louis de Broglie schlug einen dritten Weg vor: die Pilotwellentheorie. Teilchen bleiben punktförmig und besitzen reale, kontinuierliche Bahnen. Sie werden von einer Quantenwelle geführt, wie ein Surfer von einer Welle getragen wird. Beim Doppelspaltexperiment passiert das Teilchen nur einen Spalt, die Welle jedoch beide und lenkt es. Bei vielen Wiederholungen entstehen durch leicht unterschiedliche Anfangsbedingungen statistisch die Interferenzstreifen.

Die Idee wurde kritisiert, und de Broglie selbst gab sie auf. 1952 entdeckte sie der Amerikaner David Bohm wieder, daher der Name de-Broglie-Bohm-Theorie (dBB). Heute gilt sie als in sich schlüssige Alternative, die auch Paradoxe wie Schrödingers Katze auflöst.

Der Einwand vom Tunneleffekt

Im vergangenen Jahr veröffentlichte ein Team um den Niederländer Jan Klaers in Nature eine Arbeit zum Tunneleffekt. Dabei durchquert ein Teilchen eine Barriere, die klassisch unüberwindbar wäre, dank einer evaneszenten Welle, die in die Barriere eindringt. Das Experiment mit Photonen schien die dBB-Theorie in Bedrängnis zu bringen, da sie für Photonen innerhalb der Barriere eine Geschwindigkeit von null vorhersagte.

Die neue Analyse berücksichtigt Lichtverluste des Aufbaus. Mit ihnen durchqueren die Bahnen die Barriere tatsächlich, wodurch Theorie und Beobachtung wieder zusammenpassen.

Die Debatte um die Interpretation der Quantenmechanik, die Physiker und Philosophen beschäftigt, ist damit nicht entschieden. Doch das Pilotwellenbild besteht auch hundert Jahre nach seinem Entwurf weiter experimentelle Prüfungen.