Повторить квантовый опыт Юнга

[enovikov11]

В опыте Юнга свет пропускают через две щели, а на экране получается много полос: яркая посередине и менее яркие с края. Это интерференционная картина. Нужно расположить щели близко, в идеале на расстоянии длины волны. Свет должен быть от одного лазера, чтобы он был когерентным и монохроматическим.

Квантовый опыт делают с электронами, тоже получается интерференционная картина, даже если пускать их по одному. Но как только мы начинаем измерять датчиком через какую щель он прошел, возникает две полоски, электрон ведёт себя как частица.

Эта правда? Есть достаточно видео и статей по запросам "квантовый эксперимент Юнга", "эксперимент с квантовыми частицами" и "эксперимент с двумя щелями".

Но кто его повторял? Где реальные видео, статьи в рецензируемых журналах с повторением опыта? Помогите пожалуйста найти такие статьи, людей, которые повторяли опыт.

Хочу повторить этот опыт. Есть 100 000 рублей личных денег, 50 часов времени, уровень знаний школьной физики.

Помогите пожалуйста понять, с какими сложностями я столкнусь если захочу его повторить. Как разбить эту задачу на шаги, которые я могу повторить? В результате я хочу получить работающую и безопасную установку, принцип действия которой можно объяснить старшекласснику.

Примеры шагов которые не вызовут проблем:
- Купить с рук старый ЭЛТ телевизор
- Заказать в интернете радиодетали, микроконтроллер, трансформатор
- Нанять специалиста для выполнения работ по пайке стекла
- Арендовать вакуумный насос

Лучше избегать, но возможно:
- Использовать высокотехнологичные оборудование технопарков, НИИ, например атомный силовой микроскоп
- Купить что-то у компании, которая не работает с физлицами(необходимо делать ИП, покупать, закрывать)

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[madschumacher]

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

Эта правда? Есть достаточно видео и статей по запросам "квантовый эксперимент Юнга", "эксперимент с квантовыми частицами" и "эксперимент с двумя щелями".

Просто загуглите "газовая электронография" и будет Вам щастьё.

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

Но кто его повторял? Где реальные видео, статьи в рецензируемых журналах с повторением опыта?

Для статей ищите то же самое, впрочем, новые работы ведущей группы по этой теме можно посмотреть по этой ссылке:
http://molwiki.org/wiki/BielefeldGED:Workflow

Впрочем, это уже применение, сами ссылки на опыт Юнга давали в других темах.

[Geen]

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

возникает две полоски, электрон ведёт себя как частица.

Нет, дифракционная картина никуда не денется. И свойства "как частицы" есть всегда - если на экране расположить много детекторов, срабатывать будет только один.

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

начинаем измерять датчиком через какую щель он прошел

Как это предполагается делать?

[enovikov11]

Спасибо за ответы. Получается измерение датчиком не может повлиять на изображение на экране

[Geen]

enovikov11 в сообщении #1418530 писал(а):

Получается измерение датчиком не может повлиять на изображение на экране

Наоборот - не может не повлиять. Только влияние не такое как Вы описали.
В частности, в предельном случае "датчиком наглухо закрыли щель" будет дифракционная картина без интерференции.
https://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment#/media/File:Single_slit_and_double_slit2.jpg

[Pavia]

https://yadi.sk/d/QV2Lft7o3K8T6K
https://yadi.sk/d/45b6vdu53K8TBz
https://yadi.sk/d/5BTXFKQt3K8TMi

Одна, две и много щелей.
Ссылки на источники статей приведены в txt файле.

Лично меня больше интересует опыт с применением пролётных детекторов в виде трубок.

-- Вт окт 01, 2019 19:25:54 --

Geen в сообщении #1418533 писал(а):

наглухо закрыли щель" будет дифракционная картина без интерференции.

Обе они там будут. Тут важно другое при наблюдение за электроном у нас исчезает квантовая неопределённость. Квантовая волновая функция коллапсирует. Но мы можем описывать поведение электронов статистической волновой функцией.

[upgrade]

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

с какими сложностями я столкнусь если захочу его повторить

Надо построить эран, который будет показывать - с какого направления прилетел электрон. Т.е. не городить датчики и хитрости между экраном и щелями, а поместить себя на место экрана и смотреть на щели - из какой щели прилетает электрон, который показывает полосы, какая щель "сверкнула" электроном.
Исходя из того, что видно на экране, для фотонов "сверкать" будут обе щели в максимумах освещенности. А вот для электронов...ить испущен один электрон, значит обе щели не могут "вспыхнуть".

[Geen]

upgrade в сообщении #1418539 писал(а):

поместить себя на место экрана и смотреть на щели - из какой щели прилетает электрон

Не будет работать... - можем измерить либо куда прилетел, либо откуда.

[upgrade]

Geen
Значит и свет из двух щелей не увидим - только из одной, но экран то "видит" из двух

-- 01.10.2019, 21:17 --

Мы же наблюдаем полосы и говорим "этот максимум потому что здесь сошлись две волны от двух щелей". Значит если на этом месте будет человек он увидит что обе щели светятся.

[realeugene]

upgrade в сообщении #1418559 писал(а):

но экран то "видит" из двух

В смысле?

[Pavia]

Geen в сообщении #1418555 писал(а):

Не будет работать... - можем измерить либо куда прилетел, либо откуда.

У вас причинно следственная связь нарушена. Как раз таки померить мы можем, а вот то что некоторая формула работать не будет, это уже вопрос к формуле и её пределам применимости.
А как померить, да хотя бы вот так

источник, Гринштейн Дж., Зайонц А. -Квантовый вызов-Интеллект (2008)

PS. То что тут сила есть это очевидно. И это очевидно ошибка в книжке.

[Geen]

upgrade в сообщении #1418559 писал(а):

Значит если на этом месте будет человек он увидит что обе щели светятся.

Хорошо бы расчётом подтвердить.

-- 01.10.2019, 23:18 --

Pavia в сообщении #1418577 писал(а):

А как померить, да хотя бы вот так

И что тут измеряется?

Pavia в сообщении #1418577 писал(а):

Как раз таки померить мы можем, а вот то что некоторая формула работать не будет, это уже вопрос к формуле и её пределам применимости.

Какая формула, какие пределы? Можно без "намёков"?

[Munin]

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

Квантовый опыт делают с электронами, тоже получается интерференционная картина, даже если пускать их по одному. Но как только мы начинаем измерять датчиком через какую щель он прошел, возникает две полоски, электрон ведёт себя как частица.

Нет, не две полоски. Скорее всего, вы будете разочарованы.

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

Хочу повторить этот опыт. Есть 100 000 рублей личных денег, 50 часов времени, уровень знаний школьной физики.

Денег очень много, времени очень мало. За такие деньги проще всего устроить себе экскурсию в физическую лабораторию в каком-нибудь ближайшем физическом вузе. Например, в Москве в МФТИ, МИФИ, ФФ МГУ.

enovikov11 в сообщении #1418498 писал(а):

уровень знаний школьной физики.

Помогите пожалуйста понять, с какими сложностями я столкнусь если захочу его повторить. Как разбить эту задачу на шаги, которые я могу повторить? В результате я хочу получить работающую и безопасную установку, принцип действия которой можно объяснить старшекласснику.

Примеры шагов которые не вызовут проблем:
- Купить с рук старый ЭЛТ телевизор
- Заказать в интернете радиодетали, микроконтроллер, трансформатор
- Нанять специалиста для выполнения работ по пайке стекла
- Арендовать вакуумный насос

ЭЛТ телевизора дело не обойдётся. Масштаб установки - примерно как электронный микроскоп. Навыки разработки и создания лабораторного оборудования - потребуются примерно такие же. Если вы стартуете с уровня знаний школьной физики, то придётся сначала поступить в вуз и выучиться на физика-экспериментатора. Примерно так.

-- 02.10.2019 04:26:07 --

----------------

Главная проблема - это сделать электрон достаточно "волновым". Для света это делать сравнительно легко, можно сделать его просто монохроматическим, можно даже без лазера обойтись, лазер - это для удобства (и для опытов масштаба голографии). А вот для электрона нет.

Длина волны электрона

$$\lambda=\dfrac{2\pi\hbar}{p}=\dfrac{2\pi\hbar}{\sqrt{2Em_e}},\qquad E=\dfrac{4\pi^2\hbar^2}{2 m_e\lambda^2}.$$

Если у вас макроскопические щели, подставляя $\lambda=1\text{ мм},$ получаем $E=1,5\cdot 10^{-12}\text{ эВ}.$ Впечатляет, а? Допустим, вы смогли микрометром сделать щели поменьше. Ну, для $\lambda=1\text{ мкм},$ получаем $E=1,5\cdot 10^{-6}\text{ эВ}.$ Всё равно кисло. Это, заметим, та точность, с которой надо, скажем, ограничить все помехи движению электрона. То есть, убрать электрические потенциалы и магнитные поля на его пути. Исключить энергию взаимодействия со стенками вакуумной камеры, и со стенками щелей. Кстати, из чего вы их делать будете? Из металла нельзя...

(Для более микроскопических щелей практически единственный способ их изготовить - это MEMS-технологии на основе микроэлектронных фабрик. Цена вопроса - миллионы USD.)

Точность, с которой должен работать источник электронов ("электронная пушка"?) должна быть хотя бы ещё на порядок выше. (На много порядков, если экран достаточно далёк от щелей. Мне даже лень считать.) Кроме того, этот источник должен работать в одноэлектронном режиме: если вы возьмёте слишком плотный пучок электронов, в котором их много, они просто будут отталкиваться друг от друга (электроны заряжены, это вам не фотоны!), и испортят себе всю когерентность.

В общем, дерзайте...

[upgrade]

Видео о дифракции электронов