Interferencia electrónica de doble rendija
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?
- Franjas más estrechas: el espaciado de las franjas es proporcional a la longitud de onda y los electrones más rápidos tienen longitudes de onda más cortas.
- Franjas más anchas para electrones más rápidos.
- El espaciado de franjas no depende de la velocidad de los electrones.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de doble rendija de electrones y presione Restablecer. Separación de rendijas = 100 nm, distancia a la pantalla = 50 cm.
- Habilite las lecturas de longitud de onda de De Broglie y espaciado de franjas.
- 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
- 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.
- 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
- 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".
- Si configuras un detector para determinar por qué rendija pasó realmente cada electrón, el patrón de interferencia desaparece; en su lugar, obtienes dos bandas simples. ¿Por qué 'medir qué camino' podría destruir fundamentalmente la interferencia de las ondas?
La física detrás de este experimento
Espaciado de franjas de interferencia electrónica
Al igual que con la luz, dos fuentes de ondas coherentes separadas por una distancia d producen franjas de interferencia espaciadas por y = λL/d en una pantalla a una distancia L. Para los electrones, λ es la longitud de onda de De Broglie h/√(2mK), por lo que los electrones más rápidos producen franjas más estrechamente espaciadas.