¿Cuál es actualmente la precisión o exactitud aproximada δrδr\delta r con la que se puede medir la posición rrr de un electrón?

La medida de la posición de un electrón tiene asociada, por un lado, una incertidumbre cuántica Δ r lo que da idea de la nube de probabilidad donde puede aparecer el electrón, por ejemplo da idea de orbital en el caso de un electrón ligado a un átomo; y por supuesto Δ r no tiene nada que ver con nuestra tecnología. Para obtener información sobre las nubes de probabilidad, los científicos suelen trabajar tanto matemática como experimentalmente con muchos electrones tratados estadísticamente (medidas de distribución, difracción masiva en cristales, etc.).

Por otro lado, y ese es el tema que quiero abordar, supongamos la medida de la posición de un solo electrón, ya sea ligado o libre; tiene asociada una precisión o exactitud o error d r alrededor de la posición medida r , que se debe enteramente al aparato oa nuestro desarrollo tecnológico.

En una pregunta anterior mal planteada, no me di cuenta de que estaba confundiendo estas dos incertidumbres, Δ r y d r ; gracias a @EmilioPisanty por los comentarios al respecto. Así que abro esta nueva pregunta supuestamente bien planteada.

Lo curioso es que siempre encontramos trabajos y experimentos donde hablan mucho de valores de medidas, distribuciones, incertidumbres, valores de Δ r , nubes, gráficos de funciones de onda, formas de paquetes, etc., pero es realmente difícil encontrar algún valor real de la precisión d r . ¿Qué tan buenos son, aproximadamente, nuestros dispositivos y tecnología experimentales en 2010-2020 con respecto a d r ?

(Además, aunque esto podría pertenecer a una nueva pregunta, cualquier información sobre la relación entre d r y el principio de incertidumbre, por ejemplo, si este principio realmente está hablando de d r , Δ r , o ambos).

Suponga que dispara una corriente de electrones a través de una rendija de ancho ajustable. La incertidumbre de la posición de los electrones que pasan (cuando pasan a través de la rendija) sería el ancho de la rendija. Por supuesto, qué tan delgada podría ser la rendija y aún pasar electrones a través de ella estaría relacionada con la longitud de onda de los electrones, pero en principio, la pregunta que está haciendo depende tanto de las variables conjugadas que no estoy seguro de una respuesta. tendría algún significado.
@user121330: Sí, la idea de que el electrón pase sin desviarse a través de una rendija muy delgada (por ejemplo, entre dos átomos cercanos en una lámina) podría dar un primer límite superior del orden de magnitud de este δr (que de todos modos parece ser una magnitud sin importancia , vea abajo).

Respuestas (1)

No puedo pensar en una razón para una medición de alta precisión de la ubicación de un electrón de baja energía en el espacio libre; la gente tiende a estar más interesada en el movimiento de tales electrones, que de todos modos es más fácil de medir.

Es posible que desee leer acerca de los detectores de partículas cargadas rápidamente, como las cámaras de alambre o los detectores de tiras de silicona . En esos detectores, un electrón rápido que pasa genera cargas libres que se acumulan en los diferentes segmentos del detector --- por ejemplo, en una cámara de alambre, la mayor parte de la ionización se recolecta en el alambre más cercano, menos de la carga en más cables distantes, de manera repetible. Usando algoritmos inteligentes para analizar las señales de muchas pistas, puede obtener una resolución de subpíxeles en la ubicación del camino del electrón, pero no mucha información sobre su ubicación a lo largo de ese camino; el tiempo que tarda el electrón en atravesar el detector suele ser inferior a un nanosegundo.

Cuando participé tangencialmente en un experimento de seguimiento de electrones, nuestros detectores con la mejor resolución teórica fueron los GEM . Estos tienen el mismo principio de funcionamiento que una cámara de alambre, pero la amplificación de la carga ocurre en un orificio muy pequeño en una superficie de cobre/kapton. Recuerdo que esos detectores fueron diseñados para tener una resolución de posición submilimétrica, pero no funcionaron muy bien y no tuvieron mucho uso.

Básicamente, cada estudiante de doctorado que haya construido un detector de seguimiento para partículas cargadas tendrá una sección en su disertación sobre la sensibilidad de posición de su detector. Dado que hay formas de acceder a la física interesante incluso sin mucha sensibilidad de posición, no sé si encontrará una tabla publicada en algún lugar de "mejores sensibilidades de ubicación de electrones" --- hay demasiadas variables, y la física interesante está en otra parte .

Estoy de acuerdo. El enfoque inicial sobre las implicaciones del HUP en la incertidumbre de la posición les da a los principiantes y a los de fuera una idea sobredimensionada de la importancia de la precisión de las mediciones de posición en la física moderna. No puedo pensar en una razón para las mediciones de alta precisión de la ubicación de un electrón en ninguna circunstancia, ya sea enlazado o libre.
@rob y todos: Gracias por la respuesta y todos los comentarios. Leeré sobre GEM o detectores similares, y disertaciones que involucren tales experimentos, lo que sería una tarea pesada si solo estuviera buscando un valor (a menudo oculto o no presente), pero después de todo, obtendré mucho conocimiento. Tomo nota que la precisión de posición es un tema de poca importancia, siendo lo importante los caminos en las cámaras, la velocidad entre detectores, las formas de las funciones de onda, y muchos otros.
¿Cuál es actualmente la precisión o exactitud aproximada δrδr\delta r con la que se puede medir la posición rrr de un electrón?
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