Einige der mit dem Nobelpreis geadelten Experimente von Anton Zeilinger sind von so hohem Schauwert, dass sie in der Vergangenheit bereits Gegenstand von Ausstellungen waren - etwa bei der wichtigsten Kunstschau der Welt, der documenta in Kassel im Jahr 2012. Zeilinger wählte dafür fünf Prinzipien der Quantentheorie, die "von immenser mathematischer Schönheit" sind, wie der Wiener Physiker damals schrieb.
Im Folgenden eine kurze Beschreibung der fünf Experimente:
- "Licht in einem Glas-Faser-Interferometer: Das Wellenbild und Kontinuum": Ein Lichtstrahl wird mit Hilfe eines Strahlteilers auf zwei verschiedene Glasfasern verteilt. Die beiden Strahlen werden schließlich in einem Koppler wieder überlagert - und zwei Ergebnisse dieser Wellenüberlagerung sichtbar gemacht: einer der beiden Strahlen zeigt die Summe der beiden Teilwellen, der andere die Differenz. "Das ist die Demonstration des Wellenbildes und von Interferenz", sagt Zeilinger, "die Leute sollen sehen, dass die Summe der beiden konstant ist."
- "Licht an einem Strahlteiler: Das Teilchenbild und Quantenzufall": Licht wird an einem Strahlteiler wieder in zwei Wege geteilt. Am Ende der beiden Wege steht jeweils ein Detektor. Diese Signalisieren das Ankommen eines Lichtteilchens (Photons), bei einem leuchtet "0" auf, beim anderen "1". Welchen Weg ein Photon nimmt, ist völlig zufällig, jeder der beiden Detektoren hat eine 50-prozentige Wahrscheinlichkeit, ein Photon zu registrieren. Zeilinger erinnert daran, dass Albert Einstein diese völlige Zufälligkeit nicht mochte, was er in dem berühmten Satz "Gott würfelt nicht" zum Ausdruck brachte.
- "Das Doppelspalt-Experiment: Wahrscheinlichkeitswelle und Teilchendetektion": Licht wird durch zwei enge Spalten geschickt. Auf der anderen Seite dieses Doppelspalts steht eine Kamera, die einzelne Photonen registrieren kann. Jedes ankommende Photon wird auf einem Bildschirm als Punkt dargestellt. Mit der Zeit entsteht ein Muster aus hellen (viele Lichtteilchen) und dunklen (wenige Lichtteilchen) Streifen - ein sogenanntes Interferenzmuster. Welchen Weg das Photon genommen hat, weiß man nicht, "das Licht geht als Wahrscheinlichkeitswelle durch den Doppelspalt, ein Photon passiert in einer Superposition sowohl den linken als auch den rechten Spalt", so Zeilinger. Das Interferenzmuster entsteht nur, wenn man den Weg nicht kennt. Schließt ein Besucher eine der beiden Spalten, kennt man den Weg des Lichts und es entsteht kein Streifenmuster mehr.
- "Licht strahlt durch einen Polarisator: Die Messung verändert den Zustand": Licht, das üblicherweise ja in alle möglichen Richtungen schwingt, wird durch mehrere Polarisationsfilter geschickt. Zuerst wird es vertikal polarisiert: nur Lichtwellen, die in vertikaler Richtung schwingen, können passieren. Der zweite Polarisator lässt nur horizontal schwingendes Licht durch - deshalb kommt in Kombination der beiden Filter kein Licht mehr durch. Stellt man schließlich einen dritten, auf 45 Grad orientierten Polarisator zwischen die beiden, kommt nun doch Licht durch. "Damit wollen wir demonstrieren, dass das Licht keine Erinnerung über seine frühere Geschichte hat", so Zeilinger, "solche Systeme haben nur eine sehr beschränkte Informationsspeicherkapazität, für mich das Wesentliche der Quantenphysik."
- "Verschränkte Photonen: Einsteins spukhafte Fernwirkung bei der Arbeit. Die Quelle": In diesem Experiment wird jenes Phänomen demonstriert, das Erwin Schrödinger als das wesentlichste Charakteristikum der Quantenphysik bezeichnet hat: die Verschränkung. Dabei wird Licht in einem speziellen Kristall in zwei Lichtstrahlen zerlegt, die einzelnen Photonen sind darauf hin verschränkt. Das bedeutet, dass sie über beliebige Distanzen miteinander verbunden bleiben. Demonstriert wird das wieder mit Hilfe der Polarisation. Einer der beiden Lichtstrahlen geht zur Station "Alice", der andere zur Station "Bob". Misst man an einer der beiden Stationen die Polarisation des Photons, ist dieses völlig zufällig entweder vertikal oder horizontal. Sobald man das aber weiß, ist augenblicklich auch der Zustand des anderen Photons bekannt - ein Umstand, den Albert Einstein "spukhafte Fernwirkung" nannte. Für Zeilinger zeigt das Experiment, dass ein lokal realistisches Weltbild in der Quantenwelt nicht möglich ist.