Elektronien kaksoisrakointerferenssi

1 · Ennusta

Elektronit, jotka ammutaan yksi kerrallaan kahden kapean raon läpi, rakentavat interferenssikuvion näytölle, aivan kuten valoaallot tekevät. Tuottaako nopeampi elektroni (lyhyempi de Broglien aallonpituus) leveämpiä vai kapeampia interferenssikaistoja?

• Kapeammat kaistat – kaistaväli on verrannollinen aallonpituuteen, ja nopeammilla elektroneilla on lyhyemmät aallonpituudet.
• Leveämmät kaistat nopeammille elektroneille.
• Kaistaväli ei riipu elektronin nopeudesta.

2 · Kokoa

1. Avaa elektronien kaksoisrako -esiasetus ja paina Nollaa. Raoväli = 100 nm, näytön etäisyys = 50 cm.
2. Ota käyttöön de Broglien aallonpituuden ja kaistavälin lukemat.
3. Aseta elektronin liike-energia jokaiselle suoritukselle ja kirjaa interferenssikaistojen väli näytöllä.

3 · Kerää data

Kuvaa kaistaväli y (y-akseli) aallonpituutta λ vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske λ = h/√(2m_eK), sitten kaistaväli y = λL/d käyttäen näytön etäisyyttä L = 50 cm ja raoväliä d = 100 nm. Vertaa molempia taulukkoon.
2. Selitä, miksi tämä on täsmälleen sama kaksoisrakokaistakaava, jota käytetään valolle – kun hyväksyt, että elektroneilla on aallonpituus, niiden interferenssikuvio noudattaa identtistä aaltomatematiikkaa.

5 · Laajenna

1. Huomionarvoista: tämä interferenssikuvio rakentuu, vaikka elektronit ammuttaisiin laitteiston läpi yksi kerrallaan, pitkillä väleillä niiden välillä. Selitä, miksi tämä sulkee pois idean, että elektronit yksinkertaisesti interferoisivat KESKENÄÄN, ja sen sijaan viittaa siihen, että jokainen elektroni jotenkin ”interferoi itsensä kanssa”.
2. Jos asettaisit detektorin määrittämään, minkä raon kautta kukin elektroni oikeasti kulki, interferenssikuvio katoaisi – saisit kaksi yksinkertaista kaistaa sen sijaan. Miksi ”polun mittaaminen” voisi perustavasti tuhota aaltointerferenssin?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia