Vortrag von Prof. Dr. Christian Weinheimer, Fachbereich Physik der WWU Münster

Licht besteht aus einzelnen Teilchen, sogenannten Photonen. Das hat Albert Einstein mit seiner Erklärung des photoelektrischen Effekts 1905 festgestellt und dafür den Nobelpreis für Physik erhalten. Eine 60W Glühlampe, oder heute besser eine 7W LED-Lampe, strahlt die ungeheuer große Zahl von etwa 10 000 000 000 000 000 000 bzw. 1019 dieser Photonen pro Sekunde ab. Kein Wunder, dass wir Licht sehr leicht nachweisen können, z.B. mit einer Fotokamera, mit Photovoltaik-Platten oder dem menschlichen Auge.

Aber kann man mit diesen Geräten auch einzelne Photonen nachweisen, was für viele wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich ist? Leider nein; selbst das menschliche Auge benötigt nach langer Adaption im Dunklen gleichzeitig mehrere Photonen, um ein Lichtsignal wahrzunehmen. Es gibt aber schon lange sogenannte
Photomultiplier-Röhren, mit denen man einzelne Photonen mit hoher Effizienz nachweisen kann. Seit einiger Zeit kommen halbleiterbasierte sogenannte „Avalanche-Photodioden“ oder „Silizium-Photomultiplier“ mit noch höherer Effizienz hinzu.

In dem Vortrag wird ein solcher Einzelphotonen-Detektor erklärt und live demonstriert. Im zweiten Teil des
Vortrags wird erklärt, wie man mit diesen Detektoren Apparate für extrem schwache Lichtsignale baut. Dabei wird es um Experimente gehen, die Teilchen der ultrahochenergetischen Strahlung und Neutrinos von der Sonne nachweisen oder nach der mysteriösen dunklen Materie suchen. Ein weiteres Experiment untersucht mittels der Lichtsignale einzelner Photonen, wie sich Atome in extrem starken elektrischen und magnetischen Feldern
verhalten. Auch in der medizinischen Bildgebung werden solche Einzelphotonen-Detektoren eingesetzt. Dort führt die höhere Empfindlichkeit moderner Photonendetektoren z.B. bei der Positronen-Emissions-Tomografie dazu, dass die Patienten einer geringeren radioaktiven Belastung ausgesetzt werden.