Interferencia de doble rendija con electrones

1 · Predecir

Los electrones disparados uno por uno a través de dos rendijas estrechas crean un patrón de interferencia en una pantalla, tal como lo hacen las ondas de luz. ¿Un electrón más rápido (longitud de onda de De Broglie más corta) produce franjas de interferencia más anchas o más estrechas?

2 · Configurar

  1. Abra el preajuste de doble rendija de electrones y presione Restablecer. Separación de rendijas = 100 nm, distancia a la pantalla = 50 cm.
  2. Habilite las lecturas de longitud de onda de De Broglie y espaciado de franjas.
  3. Establezca la energía cinética del electrón para cada prueba y registre el espaciado de las franjas de interferencia en la pantalla.

3 · Recopilar datos

Energía cinética K (eV)Longitud de onda de De Broglie λ (pm)Espaciado de franjas y (cm)
100.00
150.00
200.00

Trace el espaciado de franjas y (eje y) frente a la longitud de onda λ (eje x) para sus tres ensayos. ¿La recta pasa por el origen?

4 · Analizar

  1. Para una prueba, calcule λ = h/√(2m_eK), luego el espaciado de franjas y = λL/d usando la distancia de pantalla L = 50 cm y la separación de rendijas d = 100 nm. Compare ambos con la tabla.
  2. Explique por qué esta es exactamente la misma fórmula de franja de doble rendija que se usa para la luz: una vez que se acepta que los electrones tienen una longitud de onda, su patrón de interferencia obedece a matemáticas ondulatorias idénticas.

5 · Ampliar

  1. Sorprendentemente, este patrón de interferencia se acumula incluso cuando los electrones se disparan a través del aparato uno a la vez, con grandes espacios entre ellos. Explique por qué esto descarta la idea de que los electrones simplemente interfieren entre sí y, en cambio, sugiere que cada electrón de alguna manera "interfiere consigo mismo".
  2. Si configura un detector para determinar por qué rendija pasó realmente cada electrón, el patrón de interferencia desaparece; en su lugar, obtiene dos bandas simples. ¿Por qué «medir qué camino» podría destruir fundamentalmente la interferencia de las ondas?

La física detrás de este experimento

Longitud de onda de de Broglie

Un electrón con momento p se comporta como una onda con longitud de onda λ = h/p = h/√(2mK) — esta es la longitud de onda que luego fija el patrón de interferencia. Igual que con la luz, dos fuentes coherentes separadas una distancia d producen franjas espaciadas y = λL/d en una pantalla a distancia L; un electrón más rápido (de mayor K) tiene una λ más corta y, por tanto, franjas más juntas.

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Física moderna

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