전자 이중 슬릿 간섭
1 · 예측
두 개의 좁은 슬릿을 통해 한 번에 하나씩 발사된 전자는 광파처럼 화면에 간섭 패턴을 형성합니다. 더 빠른 전자(더 짧은 드 브로이 파장)가 간섭 줄무늬를 더 넓거나 더 좁게 생성합니까?
- 더 좁은 무늬 - 무늬 간격은 파장에 비례하며, 전자가 빠를수록 파장은 더 짧아집니다.
- 더 빠른 전자는 더 넓은 무늬를 만듭니다.
- 프린지 간격은 전자 속도에 의존하지 않습니다.
2 · 설정
- electron-double-slit 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 슬릿 분리 = 100nm, 스크린 거리 = 50cm.
- 드브로이 파장 및 무늬 간격 표시를 활성화하세요.
- 각 시행에 대해 전자의 운동 에너지를 설정하고 화면에 간섭 줄무늬 간격을 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 운동에너지 K (eV) | 드브로이 파장 λ (pm) | 무늬 간격 y (cm) |
|---|---|---|
| 100.00 | ||
| 150.00 | ||
| 200.00 |
세 번의 시행에 대해 무늬 간격 y(y축)를 파장 λ(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?
4 · 분석
- 한 번의 시행에서는 λ = h/√(2m_eK)를 계산한 다음 스크린 거리 L = 50cm 및 슬릿 분리 d = 100nm를 사용하여 줄무늬 간격 y = λL/d를 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
- 이것이 빛에 쓰이는 이중 슬릿 무늬 공식과 정확히 동일한 이유를...
5 · 확장
- 놀랍게도 이 간섭 패턴은 전자가 장치를 통해 한 번에 하나씩 긴 간격을 두고 발사될 때에도 형성됩니다. 왜 이것이 전자가 단순히 서로 간섭하고 있다는 생각을 배제하고 대신에 각 전자가 어떻게든 '자기 자신을 간섭'한다고 제안하는지 설명하십시오.
- 각 전자가 실제로 어느 슬릿을 통과했는지 확인하기 위해 검출기를 설정하면 간섭 패턴이 사라지고 대신 두 개의 간단한 밴드가 나타납니다. 왜 '어떤 경로를 측정'하는 것이 파동 간섭을 근본적으로 파괴할 수 있을까요?
이 실험의 물리학
드 브로이 파장
운동량 p를 가진 전자는 파장 λ = h/p = h/√(2mK)인 파동처럼 행동합니다 — 이 파장이 이후 간섭 무늬를 결정합니다. 빛에서와 마찬가지로, 거리 d만큼 떨어진 두 결맞음 광원은 거리 L의 스크린에 y = λL/d 간격의 무늬를 만듭니다. 더 빠른(K가 더 큰) 전자는 λ가 짧아서 무늬 간격이 더 촘촘해집니다.