Опыт с двумя отверстиями

[AL Malino]

(Оффтоп)

iifat в сообщении #1071985 писал(а):

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

You'ra welcome! Обращайтесь, в смысле. К соответствующим производителям.

(Оффтоп)

ArtDen в сообщении #1072207 писал(а):

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

ArtDen,
ну зачем Вы выложили сюда эту ссылку? Вы ж настроение приверженцу "физики для домохозяек" испортили не менее, чем на неделю! Он же чуть выше так красиво доказал невозможность осуществления реального эксперимента, развеяв тем самым мои мечтания!

Munin!
Честно говоря, я пребываю в лёгком недоумении: Вы то ли не прочли сказанное мною далее третьего предложения, то ли у Вас весьма своеобразное представление о состоянии дел в "серьёзной науке".
Вообще-то я, говоря о том, что "нужно сделать аккуратные оценки насчёт соотношения между энергией электронов и размерами щелевой структуры", неявно предлагал это сделать человеку, задавшему исходный вопрос. Но уж коли Вы взяли этот труд на себя, то хотя бы подошли к теме… более основательно, что ли.

Ну почему Вы в своих оценках решили взять щель шириной (всего лишь) 1 мкм? Только потому, что "это легко достичь в лаборатории"? Ну так это смотря в КАКОЙ лаборатории! Я ж написал выше, что на рынки доступны наноструктуры с типичными размерами 10—100 нм! То есть, нет проблем купить изделие с шириной щелей ~10 нм и расстоянием меж ними 100—200 нм (или любым другим). А два порядка в размерах это четыре порядка в энергии электронов! То есть не Ваши $10^{-6}$ eV, а всего лишь $10^{-2}$ eV! Как говорится, почувствуйте разницу. Да и предельно узкая ширина энергетического распределения не столь уж необходима — 1/10 будет вполне достаточно. Ну да, такие штуковины не у каждой домохозяйки в чулане пылятся, но узкополосные источники электронов (перестраиваемые причём) с энергией 0.05—5 эВ используются, например, в экспериментах по исследованию анионов. (К слову, электроны с энергией ~$10^{-6}$ eV получить тоже возможно. Рассказать подробно, как? Или намёка будет достаточно?). Электронный пучок, конечно, получается очень низкой интенсивности, но никто и не обещал, что удастся наблюдать картинку в real time mode. А чем Вас не устраивает режим счёта с накоплением?

[Munin]

AL Malino
Я не знаю, где вы учились демагогии, но на этом форуме постарайтесь эти навыки забыть. Или вы тут не приживётесь.

Если вы подразумевали меня (здесь принято прямо говорить, о ком идёт речь, а не завуалированно, перечисляя чужие недостатки), то я и не говорил, что такой эксперимент невозможен. Я всего лишь говорил, что он сложен, из-за чего и не был проведён аж до 1974 года, при том, что первые опыты по дифракции электронов были проведены аж в 20-е годы. Полвека - срок немалый.

AL Malino в сообщении #1072249 писал(а):

Я ж написал выше, что на рынки доступны наноструктуры с типичными размерами 10—100 нм!

Это сегодня. А в 20-е годы - возможности были именно микрометровые. И очень долго, до 70-х - 80-х годов, ниже микрометра спуститься не удавалось. Это тогда были разработаны методы в сфере полупроводниковых технологий, которые к 89 году позволили создать уже остриё атомных размеров и сканирующий микроскоп с атомарным разрешением.

AL Malino в сообщении #1072249 писал(а):

То есть, нет проблем купить изделие с шириной щелей ~10 нм и расстоянием меж ними 100—200 нм (или любым другим).

Купить - вряд ли, скорее изготовить на заказ. Потому что такая конфигурация щелей никому не нужна, и не является массовым продуктом.

AL Malino в сообщении #1072249 писал(а):

К слову, электроны с энергией ~$10^{-6}$ eV получить тоже возможно. Рассказать подробно, как? Или намёка будет достаточно?

Вот и расскажите. Без хамства и прибауток. Это будет поучительно для ТС, который не видит промежуточных градаций между "тривиально" и "невозможно реализовать".

AL Malino в сообщении #1072249 писал(а):

А чем Вас не устраивает режим счёта с накоплением?

Меня - устраивает. Теряется наглядность для наивных зрителей, но не более того.

[Cos(x-pi/2)]

Разделяю точку зрения Munin: если кто-либо хорошо знает, как был реализован "опыт Юнга для электронов", то опишите, пожалуйста, его здесь без шуток-прибауток и без отсылок в лирику Википедии.

Подчеркну, что речь здесь не идёт о доказательстве способности электронов к интерференции; такими доказательствами полна вся квантовая физика, касающаяся электронных свойств атомов, молекул, кристаллов; включая современную физику разнообразных наноструктур и "систем пониженной размерности"; включая и интерференцию сверхпроводящих электронных конденсатов в контактах Джозефсона, в СКВИД-ах.

Речь идёт, если я правильно понял топикстартера, именно о возможности наблюдения интерференции электронов в опыте, максимально похожем по своей конфигурации на эксперимент Юнга со светом.

Да, интерференцию света может наблюдать любая домохозяйка: у Фейнмана описан даже "опыт на пальцах": если тёмной ночью смотреть на далёкий уличный фонарь сквозь щель между пальцами (большим и указательным пальцами перед глазом постепенно "зажимать" луч света), то станут видны дифракционные полосы. В случае же с электронами аналогичный опыт, имхо, невозможен: даже если бы нам удалось приготовить электроны с крайне низкой энергией (чтобы иметь дебройлевскую длину волны электронов порядка длины волны видимого света), и заменить глаз счётчиком частиц, то как исключить из игры электрический заряд электронов - чтобы они не прилипали к макроскопическому "экрану с отверстиями" - не представляю. Поэтому повторюсь: если подобный опыт с низкоэнергичными электронами выполнялся, то, пожалуйста, опишите здесь его детали, они, имхо, действительно интересны.

[Munin]

Да, я чертыхаюсь, что про заряд электронов-то и не подумал. Между тем, электрон (низкоэнергетический) вообще очень неудобная штука. Практически во всех окружающих предметах он будет видеть свои электрические отражения. (Кстати, вообще приготовить хотя бы метр пространства, чтобы в нём не было колебаний потенциала на уровне микровольт, мне представляется не такой простой задачей.) Одним из эффектов заряженности электрона является то, что он вообще не падает на Землю, как всякое порядочное яблоко. Он будет попросту висеть в воздухе, поддержанный электрическими полями электронов в окружающих предметах! :-)

[Cos(x-pi/2)]

ArtDen в сообщении #1072207 писал(а):

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.

Итальянские учёные в 1974 г. наблюдали дифракцию электронов на тонкой проволочке, расположенной поперёк пучка электронов в, как они пишут, стандартном электронном микроскопе. Подробное описание их опыта (с количественными деталями) я не сумел раздобыть доступным мне путём; досягаемая их статья оказалась, увы, слишком краткая...

Зато легко нагугливается (по названию) более поздняя статья японских учёных, тоже о дифракции в электронном микроскопе; со всеми деталями. Наверное, вот такой опыт и служит наиболее близким аналогом "2-щелевой интерференции видимого света" (за исключением того, что длина волны электрона здесь - всего сотые доли ангстрема, т.к. энергия равна 50 кэВ!):

"Demonstration of single-electron buildup of an interference pattern"
A. Tonomura, J. Endo, T. Matsuda, T. Kawasaki
Am. J. Phys. 57, 117 (1989)

Вот кратенькая подборка информации из этой статьи:

[Munin]

К великому сожалению, это всё-таки "бипризма" (и то электрическая), а не две щели. И у итальянцев в 1974 году - тем более. (То есть, Википедия банально врёт.)

[g______d]

А это?

http://iopscience.iop.org/article/10.10 ... 33018/meta

-- Чт, 12 ноя 2015 02:34:12 --

А, на неё уже была ссылка.

[Munin]

Это другое дело. Правда, оказывается, первый эксперимент был даже раньше:
Jönsson C 1961 Elektroneninterferenzen an mehreren künstlich hergestellten Feinspalten. Z. Phys. 161 454–74.

-- 12.11.2015 12:45:50 --

Но всё же интересно, что тот же самый Pozzi в 2007-2012 подсуетился и повторил эксперимент, видимо, чего-то не хватало.

[druggist]

g______d в сообщении #1072576 писал(а):

А это?

Вот кто бы прочел критическим оком...

[Munin]

Ну, я прочёл. Неплохо выглядит.

[prof.uskov]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1072293 писал(а):

Это будет поучительно для ТС, который не видит промежуточных градаций между "тривиально" и "невозможно реализовать".

Ого! Я-то думал, что задал совсем простой вопрос из университетского курса физики... :)

[Cos(x-pi/2)]

g______d в сообщении #1072576 писал(а):

А это?
http://iopscience.iop.org/article/10.10 ... 33018/meta

-- Чт, 12 ноя 2015 02:34:12 --

А, на неё уже была ссылка.

Вот это да, спасибо! Как-то проглядел я эти дела; впал в самоуверенность, отстал от жизни... Верно говорится: "век живи - век учись".

Выходит, вопрос об осуществимости интерференции электронов на щелях исчерпан: прогресс сделал-таки "сказку былью"!

[Munin]

Осталось всё-таки разузнать, чего там Йонссон в 61 году сделал, и какая у него была установка.

[Cos(x-pi/2)]

Его работа была через тринадцать лет переведена с немецкого на английский и опубликована в Am. J. Phys. 42, 4 (1974). Легко нагугливается по названию:

"Electron Diffraction at Multiple Slits"

Очень хорошая! Всё изложено "от печки", с чувством, с толком, с расстановкой - так, как это было принято в научной литературе 60-х.

Сначала там чётко объясняются основные трудности в постановке опыта по дифракции электронов на щелях, затем - способ изготовления щелей, в итоге - сами эксперименты. Энергия электронов в пучке была тоже 50 кэВ (длина волны примерно 0,05 ангстрема). Дифракция наблюдалась в разных вариантах: от одной щели, от двух щелей, и так далее - до пяти. Картинки с результатами и описание опыта очень внятные (кто заинтересован, лучше почитайте самостоятельно, получите удовольствие).

(Оффтоп)

теперь я точно знаю, что ничего не знал...

upd: нашлась ещё и поправка от переводчиков; они перепутали два рисунка, и указали 40 вместо 50 кВ

[Munin]

(Оффтоп)

Cos(x-pi/2) в сообщении #1072684 писал(а):

так, как это было принято в научной литературе 60-х.

И сейчас тоже: зависит от авторов...

Спасибо за ссылку!

И жаль, что эта работа незаслуженно забыта - стараниями Википедии!