Unter Photon Bunching (von englisch Bunch – Anhäufung) versteht man das Auftreten von zeitlichen Korrelationen einzelner Photonen aus derselben Quelle, in der Regel einer thermischen Lichtquelle. Anschaulich gesprochen „verklumpen“ thermisch erzeugte Photonen, zwei Detektoren messen mit erhöhter Wahrscheinlichkeit gleichzeitig Photonen aus der Quelle.
Photon Bunching wurde zuerst von Robert Hanbury Brown und Richard Twiss beobachtet und wird deshalb auch als Hanbury Brown-Twiss-Effekt (HBT-Effekt) bezeichnet.
Das ursprüngliche Interesse von Hanbury Brown und Twiss galt in den Jahren 1955–56 der Messung der scheinbaren Größe von Sternen. Sie stellten dazu zwei Photomultiplier in variablem Abstand d (bis ca. 180 m) auf und maßen die räumliche Korrelation von Licht eines Sterns, das auf beide Detektoren fiel. Aufgrund von konzeptuellen Schwierigkeiten, wie die räumlich getrennten statistischen Quantenprozesse in den beiden Detektoren miteinander korreliert sein könnten, beschlossen sie, den experimentellen Aufbau auch im Labor zu testen. Im Laborversuch wurde dann die zeitliche Korrelation des Lichts einer Quecksilberlampe gemessen, das durch einen halbversilberten Spiegel in zwei Strahlen aufgespalten wurde.[1][2] Weitere Details zum HBT-Experiment können im Artikel zum Intensitätsinterferometer nachgelesen werden.
Es kann gezeigt werden, dass bei Photon Bunching die Korrelationsfunktion zweiter Ordnung
für
Die Varianz ist im Allgemeinen für das Photon Bunching größer als für die Poisson-Verteilung, man spricht daher auch von Super-Poisson-Statistik.
Die Rolle von Photonen kann von jedem anderen Boson eingenommen werden, thermisch verteilte bosonische Atome bei extrem tiefen Temperaturen zeigen ebenfalls Bunching. Die Tendenz von Bosonen, zu Paketen zu verklumpen, ist wichtiger Teil der Theorie der Bose-Einstein-Kondensate.
Bei einer kohärenten Laser-Lichtquelle folgen die Detektionszeitpunkte der Poisson-Verteilung und
Photon Antibunching mit