Elektronen-Doppelspaltinterferenz
1 · Vorhersagen
Elektronen, die nacheinander durch zwei schmale Schlitze geschossen werden, erzeugen auf einem Bildschirm ein Interferenzmuster, genau wie Lichtwellen. Erzeugt ein schnelleres Elektron (kürzere de Broglie-Wellenlänge) breitere oder schmalere Interferenzstreifen?
- Schmalere Streifen – der Streifenabstand ist proportional zur Wellenlänge und schnellere Elektronen haben kürzere Wellenlängen.
- Breitere Ränder für schnellere Elektronen.
- Der Streifenabstand hängt nicht von der Elektronengeschwindigkeit ab.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie das Preset „Elektronen-Doppelspalt“ und drücken Sie Zurücksetzen. Spaltabstand = 100 nm, Schirmabstand = 50 cm.
- Aktivieren Sie die Anzeige der De-Broglie-Wellenlänge und des Streifenabstands.
- Stellen Sie die kinetische Energie des Elektrons für jeden Versuch ein und zeichnen Sie den Abstand der Interferenzstreifen auf dem Bildschirm auf.
3 · Daten sammeln
| Kinetische Energie K (eV) | De-Broglie-Wellenlänge λ (pm) | Streifenabstand y (cm) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
Zeichnen Sie für Ihre drei Versuche den Streifenabstand y (y-Achse) gegen die Wellenlänge λ (x-Achse) auf. Geht die Linie gerade durch den Ursprung?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch λ = h/√(2m_eK) und dann den Streifenabstand y = λL/d unter Verwendung des Schirmabstands L = 50 cm und des Spaltabstands d = 100 nm. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum dies genau die gleiche Doppelspaltstreifenformel ist, die auch für Licht verwendet wird. Wenn Sie akzeptieren, dass Elektronen eine Wellenlänge haben, folgt ihr Interferenzmuster der identischen Wellenmathematik.
5 · Vertiefen
- Bemerkenswert ist, dass sich dieses Interferenzmuster auch dann aufbaut, wenn Elektronen einzeln und mit langen Abständen dazwischen durch die Vorrichtung geschossen werden. Erklären Sie, warum dies die Vorstellung ausschließt, dass Elektronen sich einfach gegenseitig stören, und stattdessen darauf hindeutet, dass jedes Elektron irgendwie „sich selbst stört“.
- Wenn Sie einen Detektor einrichten, um zu bestimmen, durch welchen Spalt jedes Elektron tatsächlich gegangen ist, verschwindet das Interferenzmuster – Sie erhalten stattdessen zwei einfache Bänder. Warum könnte die Messung des Pfades die Welleninterferenz grundlegend zerstören?
Die Physik hinter diesem Experiment
Abstand der Elektroneninterferenzstreifen
Genau wie bei Licht erzeugen zwei kohärente Wellenquellen, die durch den Abstand d voneinander getrennt sind, Interferenzstreifen mit einem Abstand von y = λL/d auf einem Bildschirm im Abstand L. Für Elektronen ist λ die De-Broglie-Wellenlänge h/√(2mK), sodass schnellere Elektronen eng beieinander liegende Streifen erzeugen.