Elektron-kétrés-interferencia

1 · Jóslás

Egyszerre egyesével két keskeny résen át lőtt elektronok interferenciamintát építenek fel egy ernyőn, akárcsak a fényhullámok. Egy gyorsabb elektron (rövidebb de Broglie-hullámhossz) szélesebb vagy keskenyebb interferenciacsíkokat ad?

• Keskenyebb csíkok — a csíktávolság arányos a hullámhosszal, a gyorsabb elektronoknak pedig rövidebb a hullámhossza.
• Szélesebb csíkok a gyorsabb elektronoknál.
• A csíktávolság nem függ az elektron sebességétől.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg az electron-double-slit előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Réstávolság = 100 nm, ernyőtávolság = 50 cm.
2. Engedélyezd a de Broglie-hullámhossz és csíktávolság kijelzőket.
3. Állítsd be az elektron mozgási energiáját minden mérésnél, és rögzítsd az interferencia-csíktávolságot az ernyőn.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a y csíktávolságot (y-tengely) a λ hullámhosszal (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal az origón át?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a λ = h/√(2m_eK)-t, majd a y = λL/d csíktávolságot L = 50 cm ernyőtávolsággal és d = 100 nm réstávolsággal. Hasonlítsd mindkettőt a táblázathoz.
2. Magyarázd meg, miért pontosan ugyanaz a kétrés-csíkképlet, mint a fényre — ha egyszer elfogadod, hogy az elektronoknak van hullámhosszuk, interferenciamintájuk azonos hullámmatematikát követ.

5 · Kiterjesztés

1. Figyelemre méltó módon ez az interferenciaminta akkor is felépül, ha az elektronokat egyesével lődik át a berendezésen, köztük hosszú szünetekkel. Magyarázd meg, miért zárja ez ki, hogy az elektronok egyszerűen EGYMÁSSAL interferálnak, és miért arra utal, hogy minden elektron valahogy „önmagával interferál”.
2. Ha elrendeznél egy detektort, amely megállapítja, melyik résen ment át valójában minden elektron, az interferenciaminta eltűnik — helyette két egyszerű sávot kapsz. Miért semmisítheti meg alapvetően a „melyik út megmérése” a hullámininterferenciát?

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap