Dieses Paper entwickelt eine ontologische Neudeutung des Feynman‑Pfadintegrals für Photonen, die klassische QED‑Formulierung mit einer feldtopologischen Perspektive verbindet. Anstatt Photonen als Objekte zu betrachten, die „alle möglichen Wege“ zwischen zwei Messpunkten durchlaufen, wird gezeigt, dass zwischen den Ereignissen kein Photon existiert, sondern ein genealogischer Feldtopos: eine Dichteverteilung virtueller Photonen, deren lokale Differenzen die Struktur des Feldes bestimmen. Die mathematischen Wege des Pfadintegrals werden als Projektionen dieser Differenzstruktur interpretiert, nicht als physikalische Trajektorien. Durch diese Rekonstruktion wird das Pfadintegral als Emergenzprozess verstanden, in dem reale Photonen an den Messpunkten aus der Integration virtueller Moden hervorgehen. Zwei klassische Beispiele — Reflexion und Doppelspalt — werden detailliert analysiert und zeigen, wie die stationäre Phase als Stabilisierung der feldtopologischen Genealogie erscheint. Die Arbeit bietet damit eine konsistente ontologische Grundlage für Feynmans Ansatz und verbindet quantenphysikalische Formalismen mit einer differenz‑ und toposbasierten Metaphysik der Genesis.
Aktueller Forschung zufolge besitzen quantenmechanische Phänomene großes Potential, die moderne Technologie zu verbessern, zum Beispiel über die Erhöhung von Rechengeschwindigkeit und durch sichere Datenverschlüsselung. Die zugrunde liegenden technologischen Fortschritte beruhen auf der effizienten Erzeugung von speziell zugeschnittenen "quantenoptischen Zuständen", die typischerweise durch nichtlineare optische Effekte, oder Licht-Materie Wechselwirkung entstehen. Bemerkenswerterweise soll die direkte Streuung zwischen freien Elektronen und optischen Moden auch als eine Quelle dieser quantenoptischen Strahlung fungieren, bei der die Eigenschaften der generierten Photonen, wie die spektrale Verteilung, die Polarisation und die Zustandsstatistik, durch die Elektronenenergie und die Streugeometrie vorgegeben werden. Diese kumulative Dissertation zeigt die Elektronen-induzierte Generation von nicht-klassischem Licht in einem Transmissionselektronenmikroskop durch direkte Streuung freier Elektronen an der optischen Mode eines Wellenleiters. Durch die Anpassung der Phasengeschwindigkeit der optischen Mode an die Geschwindigkeit der hochenergetischen Elektronen wird deren Interaktionswahrscheinlichkeit verbessert, was zu einer erheblichen Steigerung der Photonenausbeute führt. Die gestreuten Elektronen und erzeugten Photonen werden in Koinzidenz detektiert, wodurch ihre zeitliche und energetische Korrelation zutage tritt und unkorreliertes Rauschen unterdrückt wird. Dies ermöglicht die Demonstration von Elektron-Photon-Paarzuständen und eine ausführliche Analyse des Photonen-Erzeugungsprozesses, die in zwei Artikeln präsentiert werden. Die Kombination der Koinzidenz-Detektion mit einer Post-Selektion von inelastisch gestreuten Elektronen bei einem definierten Energieverlust ermöglicht schließlich die Detektion Elektron-angekündigter Photonenzahl-Zustände, die als quantenoptisch gelten. Darüber hinaus wird die Koinzidenzfilterung detektierter Elektronen und Photonen demonstriert, welche eine rauscharme und kontrastverstärkte Bildgebung optischer Moden ermöglicht. Diese Ergebnisse, welche sich auf Elektronen-Photonen-Streuung auf Einzel-Teilchen Ebene stützen, versprechen effiziente Anwendungen in koinzidenzverbesserter Elektronenmikroskopie und ermöglichen zukünftige Forschung im Bereich der freie-Elektronen-Quantenoptik, wie bespielsweise die vielseitige Photonenzustands-Erzeugung, und die Elektron-Photon Verschränkung.
Es ist bekannt, dass Gravitation klassisches Licht sowohl krümmen, als auch verlangsamen kann. Jedoch wurde die Wirkung von Gravitation auf einzelne Photonen bis heute noch nicht getestet. In dieser Arbeit steht der Einfluss von Gravitation auf einzelne Photonen in quantenoptischen Experimenten im Mittelpunkt. Im Speziellen wird der Einfluss von Gravitation auf Photonen in einer Superposition verschiedener Regionen des Gravitationspotentials betrachtet. Verwendet man die Newtonsche Gravitationstheorie könnte eine relative Phase, analog zur skalaren Aharonov-Bohm Phase, auftauchen. Behandelt man dagegen Gravitation als lokal äquivalent zu einem beschleunigten Bezugssystem, wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie, könnte die Shapiro-Verzögerung die Kohärenz der Photonen beeinflussen. Eine Messung solcher Effekte, die allein durch gravitative Zeitdilatation erklärt werden können, wäre das erste Experiment, bei dem sowohl Quantenmechanik als auch Allgemeine Relativitätstheorie essentiell sind, um das Ergebnis vorherzusagen. Da der Effekt auf der Erde äußerst klein ist, ist eine direkte Messung, wie sie bereits in [1] vorgeschlagen wurde, äußerst unwahrscheinlich. Um gravitative Zeitdilatationen oder gravitative Phasenverschiebungen auf einzelnen Photonen dennoch messen zu können, werden in dieser Arbeit fünf Methoden auf ihre Durchführbarkeit analysiert. Die Methoden basieren auf dem Verstärkungseffekt durch postselections. Zwei von ihnen beruhen direkt auf dem bekannten Verfahren der schwachen Messung mit postselections. Es stellt sich heraus, dass die Durchführbarkeit des Experiments durch diese Methoden signifikant verbessert werden kann. Während in [1] noch ein Interferometer, das eine Fläche von
103km2 einschließt, vorgeschlagen wurde, wird hier eine Verbesserung um fünf Größenordnungen präsentiert. Darüber hinaus können sie genutzt werden, um jede beliebige Art von Zeitdiliatationen oder Phasenverschiebungen in Interferometerexperimenten zu detektieren.