¿Con qué precisión se puede medir la posición de las partículas en un laboratorio?

Si tenemos una partícula dada, como un fotón o un electrón (realmente no importa qué, por el bien de la pregunta), ¿con qué precisión pueden los dispositivos físicos modernos medir su posición? Específicamente, suponiendo que el colapso de la función de onda es un proceso físico real (lo que, por supuesto, aún no es seguro), ¿qué tan "apretada" podemos hacer la función de onda (de un extremo a otro del "pico" más grande). Dada la existencia del Principio de Incertidumbre de Heisenberg, ¿podemos medir la posición de una partícula con suficiente precisión (hacer que el paquete de ondas sea lo suficientemente "apretado") para invocar un aumento en la "dispersión" de los posibles valores de posición utilizando la tecnología actual? Dado lo increíblemente pequeños que son los valores en la fórmula del Principio de Incertidumbre de Heisenberg, medir una partícula hasta el punto en que la incertidumbre en la posición sea lo suficientemente baja como para justificar un aumento en la incertidumbre del momento debe ser increíblemente pequeño. ¿Pueden los dispositivos de medición modernos disminuir la incertidumbre en la posición a tal cantidad?

Respuestas (1)

Hay un malentendido básico en esta pregunta:

qué tan 'ajustada' podemos hacer la función de onda (de extremo a extremo del 'pico' más grande).

La función de onda controla la probabilidad de interacción , las probabilidades se refieren a la acumulación de datos para muchas partículas en las mismas condiciones de contorno y no pueden restringir una pista/huella de una partícula, excepto probabilísticamente.

Mire este experimento de doble rendija, un fotón a la vez, para comprender la diferencia entre la partícula y la función de onda que describe una partícula. Esta es la solución de facto de "dispersar un fotón en rendijas dobles, de un ancho dado, a una distancia dada"

fotos

. Grabación de una cámara de un solo fotón de fotones de una doble rendija iluminada por una luz láser muy débil. De izquierda a derecha: fotograma único, superposición de 200, 1'000 y 500'000 fotogramas.

Las dimensiones de la huella del fotón individual tienen que ver con la precisión de la pantalla en micras, la función de onda que describe el sistema aparece en el patrón de interferencia. Lo mismo es cierto para los electrones individuales .

dingleelect

¿Pueden los dispositivos de medición modernos disminuir la incertidumbre en la posición a tal cantidad?

Los dispositivos modernos aún no han alcanzado esa precisión para partículas individuales, ya que la constante de Planck es muy pequeña, 4.135667696 × 10 − 15 eVs.

En las cámaras de burbujas, la precisión está en micras y los momentos son demasiado bajos. Los detectores en los laboratorios de alta energía no son mucho mejores, por lo que las medidas del detector obedecen al HUP.

Dada la existencia del Principio de Incertidumbre de Heisenberg, ¿podemos medir la posición de una partícula con suficiente precisión?

Sí, porque con nuestros detectores hasta ahora aguanta el HUP.

(haga que el paquete de ondas sea lo suficientemente 'apretado')

La representación del paquete de ondas de partículas libres viene de nuevo mecánicamente cuánticamente, no podemos hacerla "ajustada". Dependerá de su impulso y del detector en particular, solo podemos afectar el impulso, el espacio depende de la elección del detector y, como se dijo anteriormente, en la actualidad el HUP se mantiene

Si bien la función de onda de un sistema funciona en probabilidades como usted describió hasta la medición, tenía la impresión de que cada partícula individual tiene su propia función de onda que describe dónde es probable que se mida. Una vez realizada la medición, si se vuelve a medir la partícula, es casi seguro que se medirá la misma partícula aproximadamente en el mismo lugar. Interpreto que esto significa que el paquete de ondas ahora está 'más apretado' ya que ahora se medirá la posición para estar en una variedad más pequeña de lugares para una partícula individual.
Además, encuentro que su redacción en la sección que describe los dispositivos de medición en cámaras de burbujas y demás no está clara. ¿Pueden dichos dispositivos de medición medir la posición de estas partículas hasta un punto en el que su posición sea conocida por un rango de ubicaciones lo suficientemente pequeño como para invocar el HUP? Finalmente, ¿por qué importa si su impulso es pequeño? 1) El HUP se ocupa de la INCERTIDUMBRE en el momento, a la diferencia entre el momento mínimo y máximo sería similar independientemente de sus valores relativos al origen, y 2) el momento, siendo una función de la velocidad, es relativo de todos modos, y no objetivamente 'bajo '.
@Sciencemaster "si la partícula se mide nuevamente, es casi seguro que la misma partícula se medirá aproximadamente en el mismo lugar". La misma partícula no se puede medir nuevamente, la medición es interacción y se obedecen nuevas funciones de onda. Si la medida es un punto en una pantalla, como arriba, por ejemplo. Las partículas con la misma condición de contorno mostrarán la probabilidad de interacción. El HUP de la incertidumbre en el momento, significa que cuanto mayor es el momento, menor es la posición que se puede definir [dp,dx]>h
.los momentos que podemos alcanzar y la ubicación de la posición en los detectores es tal que el HUP siempre se obedece
Bien, me tomó un momento darme cuenta de lo que querías decir con 'la función de onda está destruida'. Tú y yo pensamos en la función de onda posterior al colapso de manera diferente. Lo imagino como la misma función de onda que cambia instantáneamente sus propiedades para tener una desviación estándar más pequeña y tal, porque se puede medir nuevamente, y cuando eso sucede, se verá aproximadamente en el mismo lugar si no ha pasado suficiente tiempo para que se extienda de nuevo. Sin embargo, parece ver la observación como la partícula inicial que se destruye y una nueva partícula con una nueva función de onda que reemplaza a la anterior.
Además, creo que estás malinterpretando mi pregunta inicial. El HUP siempre se obedece hasta donde nosotros (la humanidad) sabemos hasta ahora. Mi interpretación de esto, basada en la naturaleza de las ondas, es que si la incertidumbre en la posición se reduce lo suficiente como para acercarse a hbar sobre la incertidumbre en el impulso, entonces la incertidumbre en el impulso aumentará artificialmente para compensar. Mi pregunta es, ¿los dispositivos de medición modernos son lo suficientemente precisos para reducir la incertidumbre en la posición en un valor tan pequeño?
@Sciencemaster La función de onda es matemática, no he dicho que se destruya, he dicho que las nuevas * condiciones de contorno , los números necesarios para evaluar las matemáticas de una función de onda, después de la interacción necesaria para una medición, conducen a una nueva función de onda matemática. Diré nuevamente que nuestras precisiones de medición actuales en momento y ubicación son tales que el HUP siempre se cumple, no podemos ir a valores de ubicación lo suficientemente pequeños como para ver si se viola.
OK gracias. Sí, los números se vuelven a evaluar después del colapso, pero si nuestro equipo actual no puede alcanzar esos valores, entonces supongo que eso responde a mi pregunta...
¿Con qué precisión se puede medir la posición de las partículas en un laboratorio?
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