Condiciones de inicio del experimento de doble rendija

Q1. ¿Cuál es la fuente de electrones utilizada en el experimento de doble división?

Un poco de búsqueda en la red no es un desperdicio. Siguiendo los enlaces se ve que el experimento es en vacío ya que se utiliza un microscopio electrónico. En microscopios electrónicos :

todo el interior de un microscopio electrónico está bajo alto vacío para permitir que el haz de electrones viaje en línea recta.

El haz de electrones se prepara para que tenga un patrón de onda plana.

Q2. Los electrones deben provenir de algún átomo. Cuando está dentro del átomo, el electrón es una función de onda de probabilidad. Si el electrón sale del átomo usando fotones o cualquier otro método, sería una interacción con el electrón. Entonces, ¿su función de onda ya no colapsaría al comienzo del experimento en sí?

Cada medición y cada configuración tiene una solución mecánica cuántica de la ecuación mecánica cuántica apropiada y las condiciones de contorno apropiadas. Siempre hay una función de onda que modela un electrón, pero el modelo mecánico cuántico es probabilístico. La función matemática cuando el complejo conjugado al cuadrado da la probabilidad de encontrar el electrón en (x,y,z,t). En el experimento de doble rendija en el (x,y) de la pantalla de detección.

La función de onda es la solución del problema: el electrón de onda plana incide en el límite de dos rendijas

Q3. Si la función de onda de este electrón ya ha colapsado antes de golpear las rendijas, entonces es una partícula. Entonces debería acercarse a la rendija como una partícula. ¿Me estoy perdiendo algo básico?

No hay magia en la función de onda. Siempre está ahí y la naturaleza resuelve las ecuaciones diferenciales para las condiciones de contorno dadas. El electrón, como entidad mecánica cuántica, en las pequeñas dimensiones de las rendijas solo puede describirse mediante la distribución de probabilidad que es la solución del problema de las condiciones de contorno.

Q4. Si las suposiciones anteriores son válidas, ¿este electrón de partícula vuelve a convertirse en onda en pleno vuelo hacia las rendijas? ¿Y producir interferencias?

No es una cuestión de cambio, es una cuestión de condiciones de contorno y el cuadrado de la función de onda restringida por ellas.

P5. ¿Las rendijas de la fuente y la configuración del detector descartan cualquier interacción de los electrones con las moléculas de aire? ¿O la configuración está dentro de un vacío?

El experimento tiene que ser en el vacío ya que las condiciones de contorno cambian cuando hay otras partículas en camino, y el problema se vuelve diferente.

Para resumir :

Doble rendija de un solo electrón

La naturaleza macroscópica de "partículas" del electrón se ve en los puntos en (x, y) de la superficie de la pantalla de medición. La naturaleza de "onda" macroscópica de un electrón se muestra en la distribución de probabilidad medida en las capturas de pantalla acumuladas, la solución natural del problema del valor límite.

A1. Por lo general, las personas usan una fuente de electrones térmicos para el experimento de doble rendija, como señaló acertadamente @annav, el experimento se realiza en el vacío. No es necesario que sea un microscopio electrónico, solo un cañón de electrones de baja energía es suficiente.

A5. El experimento no se puede realizar en el aire porque el rango de viaje de estos electrones de baja energía en el aire es muy pequeño (menos de una micra).

Un electrón de baja energía es una necesidad absoluta de este experimento. Como sabrán, para la onda de partículas

ya medida que la velocidad/energía del electrón aumenta, su longitud de onda disminuye.

El patrón de difracción surge debido a la interferencia entre las porciones de la onda de probabilidad de un electrón que pasa a través de ambas rendijas. Siempre que la separación entre rendijas sea menor que la longitud de onda del electrón, la interferencia puede ocurrir porque la onda de probabilidad de un electrón puede pasar a través de ambas rendijas, pero en otro caso puede (prácticamente) pasar solo por una rendija.

Ahora creo que no importa si los electrones son coherentes entre sí antes de la rendija porque de todos modos las porciones de la onda de un electrón interfieren entre sí.

Cabe señalar aquí que los electrones también deben tener una dispersión de energía muy pequeña porque si la dispersión de energía es grande, entonces los picos del patrón de difracción para una energía coinciden con el patrón de interferencia de otra energía y las franjas se desvanecen a medida que avanzamos. alejarse del centro.