Опыт с двумя отверстиями

[prof.uskov]

Наверное, в каждой книге и книжке о квантовой механике описан "опыт с двумя отверстиями", показывающий волновые свойства электронов, посредством наблюдения интерференционной картины.
Опыт часто описывается как весьма тривиальный в реализации: вот электронная пушка с разогретым катодом, вот датчик - фотоумножитель и т.п.
Тут задумался, а так ли на самом деле просто его реализовать? Какие там могут быть сложности? Есть ли где-нибудь видео проведения данного опыта (не мультипликация, а именно реальной лабораторной установки)?

[druggist]

Это мысленный эксперимент, абстракция опытов с кристаллами, просвечивающая электронная микроскопия и пр.

[prof.uskov]

druggist в сообщении #1071952 писал(а):

Это мысленный эксперимент, абстракция опытов с кристаллами, просвечивающая электронная микроскопия и пр.

Ну не знаю, преподносится он как весьма реальный, там еще даже усложнение потом идет - контролируют какой электрон прошел через какое отверстие.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: нет дискуссионности.

[AlexDem]

Статья Дифракция электронов в онлайн физ. энциклопедии (там есть ссылка на литературу). Согласен с druggist, что Вы читаете описание абстрактного эксперимента. Для щелей будет мала длина волны.

[aa_dav]

В "любой книжке" наверное всё таки сперва речь идёт про этот эксперимент с фотонами.

Цитата:

В 1924 году[2] французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что установленный ранее[2] для фотонов корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам — электронам, протонам, атомам и так далее... Это удалось экспериментально подтвердить в 1948 году советскому физику В. А. Фабриканту.

С электронами в домашних условиях пожалуй не повозишься.

Но вот уже где то видел поднятие вопроса про домашнее наколенное воспроизведение этих опытов с фотонами.
И вроде как нифига - светочувствительности доступных на радиорынке приборов и так далее не хватает.

[AL Malino]

prof.uskov в сообщении #1071951 писал(а):

Тут задумался, а так ли на самом деле просто его реализовать? Какие там могут быть сложности? Есть ли где-нибудь видео проведения данного опыта (не мультипликация, а именно реальной лабораторной установки)?

Скажу сразу: мультиков по данной теме видеть не доводилось.
Теперь по сути. Вопрос простоты реализации — это в настоящее время лишь вопрос наличия надлежащих финансовых ресурсов. На кухне, "на коленке", конечно, ничего не сделаете. Но почти все необходимые компоненты можно купить/достать. Разной топологии структуры (щели) с характерным масштабом 10 — 100 нм сейчас имеются и как продукция массового производства, и могут быть даже изготовлены на заказ. В качестве детектора лучше взять микроканальную пластину (тоже не уникальное изделие, есть ВЭУ на основе МКП с визуализатором). Наибольшей проблемой может стать, разве что, электронная пушка (электроны желательно иметь и достаточно моно-, и достаточно низко-энергетичные), от компьтерных кинескопов, боюсь, напрямую не подойдёт. Хотя нужно сделать аккуратные оценки насчёт соотношения между энергией электронов и размерами щелевой структуры, чтобы наблюдаемый эффект имел удобный для наблюдения масштаб.

[iifat]

(Оффтоп)

AL Malino в сообщении #1071976 писал(а):

Разной топологии структуры (щели) с характерным масштабом 10 — 100 нм сейчас имеются и как продукция массового производства, и могут быть даже изготовлены на заказ

Прошу прощения, но на фразу «изготовление щелей на заказ» смолчать не смог. Интересно, дырку от бублика тоже можно заказать?

[prof.uskov]

AlexDem в сообщении #1071956 писал(а):

Статья [url=http://femto.com.ua/articles/part_1/1079.html]Согласен с druggist, что Вы читаете описание абстрактного эксперимента. Для щелей будет мала длина волны.

Вчера перед сном почитал Фейнман "Характер физических законов". Лекция 6. Вероятность и неопределенность квантовомеханический взгляд на природу....
Я понимаю, что книжка научно-популярная... но намека, на то, что такой наглядный эксперимент не реализуем там нет... думал, студенты-физики делают его на лабораторках... чувствую себя обманутым. :)

[AlexDem]

Ну вот AL Malino же пишет, до чего дошёл прогресс... Фейнман просто смотрел в будущее и что он говорил тогда, стало возможным теперь

-- Вт ноя 10 2015, 13:07:15 --

(Я, кстати, так сразу и подумал, что Вы про Фейнмана пишете)

[druggist]

Тут наблюл статеечку по теме,http://detalimira.com/news/1315/, но что-то сомнительно: размеры щелей порядка 100nm, де-бройлевская длина волны используемых электронов 50pm
(то есть, 0,05nm). Получается, что размеры отверстий больше чем на 3 порядка превышают длину волны. Журнальчик (New J. Phys.) тоже не внушает...

[Cos(x-pi/2)]

prof.uskov

К вопросу о наблюдении интерференции электронов: наряду с известной дифракцией электронов на кристаллах можно погуглить ещё "эффект Капицы -- Дирака" - речь о дифракции электронов на стоячей световой волне (вместо отверстий, а на отверстиях в экране интерференцию электронов, конечно же, не реализовать в виде макроскопического опыта, аналогичного опыту по интерференции света; в учебниках, когда описывается электронный аналог опыта с интерференцией света, всегда подразумевается лишь мысленный опыт.)

Статья в журнале "Nature" о реальном наблюдении дифракционных пиков в опыте с интерференцией электронов на стоячей волне лазерного света:
Observation of the Kapitza–Dirac effect
D. L. Freimund, K. Aflatooni, H. Batelaan

(нехорошо-с, но это в качестве скорой помощи, если по-другому никак... ))

Стр. 142:
http://s019.radikal.ru/i642/1511/ef/2e8977847958.jpg
Стр.143:
http://s017.radikal.ru/i443/1511/e6/a02125c09e2d.jpg
Всё.

[prof.uskov]

Спасибо за пояснения, да, по всей видимости, это лишь мысленный эксперимент...

[Munin]

prof.uskov в сообщении #1071951 писал(а):

Тут задумался, а так ли на самом деле просто его реализовать? Какие там могут быть сложности?

AL Malino напрасно размечтался. Может быть, в сфере "физики для домохозяек" и бывает так, что

AL Malino в сообщении #1071976 писал(а):

Вопрос простоты реализации — это в настоящее время лишь вопрос наличия надлежащих финансовых ресурсов.

а в серьёзной науке бывает совсем иначе.

Сложность реализации такого опыта - в создании когерентной дебройлевской волны экспериментальных электронов.

Условия дифракции на двух щелях знает каждый школьник: если расстояние между щелями $l,$ расстояние до экрана $L$ и длина волны $\lambda,$ то расстояние между максимумами $s=\dfrac{L\lambda}{l},$ причём должно быть выполнено условие $l\gg\lambda$ (это легко) и на ширину щелей $w\ll\lambda$ (это труднее). Чтобы максимумы не размывались, надо обеспечить $\Delta s<s,$ то есть $\Delta\lambda<\lambda.$ А это значит, что $\Delta E<E.$

Теперь прикинем. Пусть щель имеет ширину 1 мкм - это легко достичь в лаборатории (на порядки меньше - требует уже сложных методов, типа фотолитографии). Такой длине волны соответствует энергия $10^{-6}\text{ эВ}.$ А теперь придумайте способ создавать электроны с такой энергией, и что не менее важно, с таким же или лучшим разбросом по энергии.

[ArtDen]

prof.uskov в сообщении #1072093 писал(а):

Спасибо за пояснения, да, по всей видимости, это лишь мысленный эксперимент...

https://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment

Цитата:

In 1974 the Italian physicists Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli, and Giulio Pozzi repeated the experiment using single electrons, showing that each electron interferes with itself as predicted by quantum theory.