Interferencja elektronów na podwójnej szczelinie

1 · Prognoza

Elektrony wystrzelone pojedynczo przez dwie wąskie szczeliny budują na ekranie wzór interferencyjny, tak jak fale światła. Czy szybszy elektron (krótsza fala de Broglie'a) daje szersze czy węższe prążki interferencyjne?

• Węższe prążki — rozstaw prążków jest proporcjonalny do długości fali, a szybsze elektrony mają krótsze fale.
• Szersze prążki dla szybszych elektronów.
• Rozstaw prążków nie zależy od prędkości elektronu.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset electron-double-slit i naciśnij Reset. Rozstaw szczelin = 100 nm, odległość ekranu = 50 cm.
2. Włącz odczyty długości fali de Broglie'a i rozstawu prążków.
3. Ustaw energię kinetyczną elektronu dla każdej próby i zapisz rozstaw prążków interferencyjnych na ekranie.

3 · Zbieranie danych

Narysuj rozstaw prążków y (oś y) względem długości fali λ (oś x) dla trzech prób. Czy prosta przechodzi przez początek układu?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz λ = h/√(2m_eK), a potem odstęp prążków y = λL/d przy odległości ekranu L = 50 cm i rozstawie szczelin d = 100 nm. Porównaj obie wartości z tabelą.
2. Wyjaśnij, dlaczego to dokładnie ten sam wzór na prążki podwójnej szczeliny co dla światła — gdy raz zaakceptujesz, że elektrony mają długość fali, ich wzór interferencyjny podlega identycznej matematyce falowej.

5 · Rozszerzenie

1. Co zdumiewające, ten wzór interferencyjny buduje się nawet wtedy, gdy elektrony przechodzą przez przyrząd pojedynczo, z długimi przerwami. Wyjaśnij, dlaczego to wyklucza ideę, że elektrony interferują ZE SOBĄ NAWZAJEM, i zamiast tego sugeruje, że każdy elektron jakoś „interferuje sam ze sobą”.
2. Gdybyś ustawił detektor ustalający, przez którą szczelinę naprawdę przechodzi każdy elektron, wzór interferencyjny znika — dostajesz dwa proste pasy zamiast niego. Dlaczego „zmierzenie której drogi” fundamentalnie niszczy falową interferencję?

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu

138 bezpłatnych kart pracy z fizyki do druku