In der Version 1.0 bietet PALGRAP drei Simulationen aus dem Bereich der Quantenphysik an. Dazu gehören der Doppelspaltversuch mit Elektronen nach Claus Jönsson, das freie Wellenpaket an der Potentialbarriere oder an Spalten sowie das Mach-Zehnder-Interferometer. Neben der Erzeugung von Interferenzmustern lässt sich der Interferometer-Aufbau auch zur Demonstration eines Quantenradierers/Late-Choice-Experiments nutzen, bei dem mittels eines dritten Polarisators die Weg-Information gelöscht wird.

Doppelspalt Jönsson - Interferenz Wellenfront Aufenthaltswahrscheinlichkeit
Jönsson: Interferenz zweier Wellenfronten der Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons für die einzelnen Spaltdurchgänge
Doppelspalt Jönsson - Verteilung der Einzelelektronen und horizontale Gesamtverteilung
Jönsson: Verteilung der einzelnen Elektronen (hinten) und horizontale Gesamtverteilung (vorne) am Doppelspalt
Freies Wellenpaket - Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit tunnelt das freie Teilchen durch die Potentialbarriere
Freies Wellenpaket: Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit tunnelt das freie Teilchen durch die Potentialbarriere
Freies Wellenpaket -Aufenthaltswahrscheinlichkeit der komplexwertigen Wellenfunktion beim Durchtritt durch Mehrfachspalt
Freies Wellenpaket: Aufenthaltswahrscheinlichkeit (Höhe) der komplexwertigen Wellenfunktion (Phase farbig kodiert) beim Durchtritt durch Mehrfachspalt
Mach-Zehnder-Interferometer - Die orthogonale Ausrichtung der ersten beiden Polarisatoren führt zur Eliminierung des Interferenzmusters, während ein dritter Polarisator im linken Strahlengang dessen Reaktivierung bewirkt (Quantenradierer)
Mach-Zehnder-Interferometer: Die orthogonale Ausrichtung der ersten beiden Polarisatoren führt zur Eliminierung des Interferenzmusters, während ein dritter Polarisator im linken Strahlengang dessen Reaktivierung bewirkt (Quantenradierer)
Mach-Zehnder-Interferometer - Interferenzmuster mit einer dreifarbigen Lichtquelle (rot, grün, blau)
Mach-Zehnder-Interferometer: Interferenzmuster mit einer dreifarbigen Lichtquelle (rot, grün, blau)

Neben der Durchführung verschiedener quantenphysikalischer Experimente ermöglicht PALGRAP eine strukturierte Abbildung aller zentralen Unterrichtsphasen innerhalb der virtuellen Laborumgebung:

  • Einstieg & Motivation: Videosequenzen auf dem Whiteboard führen in das Thema ein.
  • Arbeitsauftrag: Aufgabenstellungen werden direkt auf dem Whiteboard bereitgestellt.
  • Experimentierphase: Die Schülerinnen und Schüler führen virtuelle Experimente durch und sammeln eigenständig Beobachtungen und Daten.
  • Sicherung der Ergebnisse: Die im Rahmen des Experiments gewonnenen Beobachtungen können automatisiert als PDF-Datei gespeichert werden.

Zwei Screenshots aus direkt exportierten PDF-Dateien – einmal mit deutscher, einmal mit englischer Spracheinstellung:

Screenshot: Doppelspaltexperiment
Screenshot: Mach-Zehnder Interferometer