Das Aharonov-Bohm-Phänomen: Eine Einführung
Das Aharonov-Bohm-Phänomen ist ein quantenmechanisches Phänomen, das die Auswirkungen eines magnetischen Feldes auf elektrische Ladungen beschreibt, obwohl diese Ladungen niemals tatsächlich durch das Feld hindurchgehen. Das Phänomen wird oft als Beispiel für die Bedeutung von Eichsymmetrien in der Quantenmechanik angeführt und hat wichtige Konsequenzen für die theoretische Physik.
Die Entdeckung des Phänomens
Das Aharonov-Bohm-Phänomen wurde erstmals 1959 von Yakir Aharonov und David Bohm beschrieben. Sie zeigten, dass ein elektrisch geladenes Teilchen, das sich in einem magnetischen Feld befindet, auch dann quantenmechanische Effekte erfährt, wenn es sich im Feldfreien Raum befindet. Aharonov und Bohm argumentierten, dass das magnetische Feld das elektrische Potential des Teilchens beeinflusst, das sich wiederum auf die Quantenzustände des Teilchens auswirkt, auch wenn es sich nicht direkt im Feld befindet.
Beispiel: Die Rolle des magnetischen Vektorpotsentials
Eine wichtige Rolle im Aharonov-Bohm-Phänomen spielt das magnetische Vektorpotential, das durch das magnetische Feld erzeugt wird. Das Vektorpotential selbst ist nicht direkt messbar, aber seine Auswirkungen können sich auf die Quantenzustände von Teilchen auswirken, die sich durch das Feld bewegen. Dies führt zu einer Verschiebung der Interferenzmuster von Teilchen, die um ein magnetisches Feld herum bewegt werden, selbst wenn sie das Feld nicht direkt durchlaufen.
Anwendungen und Bedeutung des Aharonov-Bohm-Effekts
Das Aharonov-Bohm-Phänomen hat viele wichtige Anwendungen in der theoretischen Physik. Es wird oft als Beispiel für die Bedeutung von Eichsymmetrien in der Quantenmechanik angeführt und hat wichtige Konsequenzen für die Theorie von Magnetfeldern und elektrischen Ladungen. Das Phänomen hat auch praktische Anwendungen in der Nanotechnologie und der Quantencomputertechnologie, wo es für die Steuerung von Elektronen in winzigen Schaltkreisen und für die Erzeugung von Quantenbits verwendet werden kann.
