การแทรกสอดช่องแคบคู่ของอิเล็กตรอน

1 · ทำนาย

อิเล็กตรอนที่ยิงทีละตัวผ่านช่องแคบสองช่องสะสมเป็นแบบแผนการแทรกสอดบนจอ เหมือนคลื่นแสง อิเล็กตรอนที่เร็วกว่า (ความยาวคลื่นเดอบรอยสั้นกว่า) จะสร้างแถบการแทรกสอดกว้างหรือแคบกว่า

• แถบแคบกว่า — ระยะห่างแถบแปรผันตามความยาวคลื่น และอิเล็กตรอนที่เร็วกว่ามีความยาวคลื่นสั้นกว่า
• แถบกว้างกว่าสำหรับอิเล็กตรอนที่เร็วกว่า
• ระยะห่างแถบไม่ขึ้นกับอัตราเร็วอิเล็กตรอน

2 · จัดเตรียม

1. เปิดพรีเซ็ท electron-double-slit แล้วกดรีเซ็ต ระยะห่างช่อง = 100 nm ระยะห่างจอ = 50 cm
2. เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นเดอบรอยและระยะห่างแถบ
3. ตั้งพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนในแต่ละรอบแล้วบันทึกระยะห่างแถบการแทรกสอดบนจอ

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตระยะห่างแถบ y (แกน y) กับความยาวคลื่น λ (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงผ่านจุดกำเนิดหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ λ = h/√(2m_eK) แล้วหาระยะห่างแถบแทรกสอด y = λL/d โดยใช้ระยะจอ L = 50 cm และระยะห่างช่อง d = 100 nm เทียบทั้งสองค่ากับตาราง
2. อธิบายว่าเหตุใดนี่จึงเป็นสูตรแถบของช่องแคบคู่ชุดเดียวกับที่ใช้กับแสง — เมื่อยอมรับว่าอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่น แบบแผนการแทรกสอดของมันก็เชื่อฟังคณิตศาสตร์คลื่นชุดเดียวกัน

5 · ต่อยอด

1. อย่างน่าทึ่ง แบบแผนการแทรกสอดนี้สะสมขึ้นแม้ยิงอิเล็กตรอนทีละตัวโดยมีช่วงห่างยาวระหว่างตัว อธิบายว่าเหตุใดจึงตัดแนวคิดที่ว่าอิเล็กตรอนแทรกสอดกับ“กันเองและกัน”ออก และชี้ว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวแทรกสอดกับ“ตัวเอง”อย่างไร
2. ถ้าติดตั้งตัวตรวจจับเพื่อดูว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวผ่านช่องใดจริง ๆ แบบแผนการแทรกสอดจะหายไป — เหลือแถบเรียบง่ายสองแถบแทน เหตุใด“การวัดว่าผ่านเส้นทางใด”จึงทำลายการแทรกสอดของคลื่นโดยพื้นฐาน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง