تداخل الشق المزدوج للإلكترون

1 · توقّع

إلكترونات تُطلق واحدًا واحدًا عبر شقين ضيقين تبني نمط تداخل على حائل، كما تفعل موجات الضوء. هل ينتج الإلكترون الأسرع (الأقصر طولًا موجيًا بدي برولي) أهدابًا أعرض أم أضيق؟

• أضيق — تباعد الأهداب يتناسب مع الطول الموجي، والإلكترونات الأسرع أطوالها الموجية أقصر.
• أهداب أعرض للإلكترونات الأسرع.
• لا يعتمد تباعد الأهداب على سرعة الإلكترون.

2 · التجهيز

1. افتح مسبق شقي الإلكترون واضغط إعادة الضبط. تباعد الشقين = 100 nm، وبعد الشاشة = 50 cm.
2. فعّل قراءتي طول موجة دي برولي وتباعد الأهداب.
3. اضبط الطاقة الحركية للإلكترون لكل تجربة وسجل تباعد أهداب التداخل على الحائل.

3 · اجمع البيانات

ارسم تباعد الأهداب y (المحور y) مقابل الطول الموجي λ (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب λ = h/√(2m_eK)، ثم تباعد الأهداب y = λL/d باستخدام بعد الشاشة L = 50 cm وتباعد الشقين d = 100 nm. قارن كليهما بالجدول.
2. اشرح لماذا هذه هي صيغة أهداب الشق المزدوج نفسها المستخدمة للضوء بالضبط — متى قبلت أن للإلكترونات طولًا موجيًا، أطاع نمط تداخلها الرياضيات الموجية ذاتها.

5 · وسّع

1. بشكل لافت، يُبنى نمط التداخل هذا حتى حين تُطلق الإلكترونات عبر الجهاز واحدًا واحدًا وبفواصل طويلة بينها. اشرح لماذا يستبعد ذلك فكرة أن الإلكترونات تتداخل مع بعضهاها ببساطة، ويوحي بدلًا منه أن كل إلكترون «يتداخل مع نفسه» على نحو ما.
2. إذا نصبت كاشفًا لتحديد أي شق مرّ كل إلكترون فعلًا، يختفي نمط التداخل — فتحصل على حزمتين بسيطتين بدلًا منه. لماذا قد «يدمر قياس أي مسار» التداخل الموجي جذريًا؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة