Electrones y positrones: ¿Qué sucede cuando se usa un haz de positrones en fase con electrones difractados para hacer un holograma con los antielectrones?

Mi respuesta consta de tres partes: la primera parte intenta corregir algunos conceptos erróneos aparentemente sostenidos por el OP, la segunda parte describe una modificación del experimento propuesto por el OP que, en principio, podría funcionar; y la tercera parte describe un experimento que realmente se ha realizado y puede respaldar la idea del OP, aunque un poco oblicuamente.

Parte 1: conceptos erróneos

Suponga que se filtran dos haces independientes de positrones y electrones de modo que cada uno esté en fase con el otro.

No es posible filtrar dos rayos láser independientes para ponerlos en fase entre sí; y es aún menos posible filtrar dos haces de partículas para ponerlos en fase entre sí. Sin embargo, no es necesario tener los haces de positrones y electrones en fase. Lo que es necesario es que todos los positrones tengan el mismo impulso para que todos tengan la misma longitud de onda. Idealmente, lo mismo ocurrirá con los electrones, pero las condiciones no son tan estrictas: un holograma óptico hecho adecuadamente se puede reconstruir con luz que tenga una amplia gama de frecuencias, y lo mismo sería cierto para un holograma de "onda de materia". reconstruido por otro haz de "onda de materia".

Luego, permita que los positrones estén inactivos y enviados a través de alguna zona objetivo en un bucle de ondas de espejos que se alimenta de una fuente de positrones.

No está del todo claro qué quiere decir con "inactivo" o "bucle de onda de espejos".

Finalmente, tome el haz de electrones y difracte a través de una rendija para que golpee algún objeto, como una manzana.

Proceda a permitir que los electrones reflejados (que salen de la manzana) lleguen a la zona objetivo por donde pasan los positrones coherentes (antielectrones).

Aquí, aparentemente, tiene la intención de utilizar el haz de positrones como un haz de referencia y el haz de electrones, modificado al interactuar con un objeto, como un haz de objetos. El problema de esto es que los positrones y los electrones no interferirán, aunque tengan las mismas longitudes de onda, porque no hay incertidumbre sobre su procedencia . Esa incertidumbre es un requisito previo para la interferencia en el interferómetro de doble rendija y todos los demás interferómetros, y un holograma es la salida de un interferómetro .

¿Se aniquilarían los positrones y los electrones en forma de un holograma de rayos gamma que sale disparado hacia alguna parte, o simplemente se superpondrían (porque las ondas no pueden interactuar entre sí)?

Como se describe en la pregunta, la respuesta es que no se formaría ningún holograma. Algunos de los positrones y electrones podrían aniquilarse, pero no habría nada que impidiera que los rayos gamma resultantes viajaran en cualquier dirección particular y formaran una imagen.

Parte 2: Un experimento que en principio podría funcionar

SIN EMBARGO , si se usaran positrones individuales para proporcionar tanto el objeto como el haz de referencia (al dividir la función de onda del positrón, pasar parte de él a través del objeto y luego hacer que la parte no modificada se superponga con la parte modificada por el objeto), sería posible formar un positrónpatrón de interferencia que podría, en principio, actuar como un holograma y usarse para reconstruir una imagen del objeto (partícula única) "haz". La reconstrucción implicaría "iluminar" el "holograma" con otro haz de partículas, capaz de interactuar con los positrones, precisamente en el mismo ángulo que el haz de referencia. Si el haz de iluminación también fueran partículas individuales, tal vez mediante un largo tramo de la imaginación sería posible lograr que el "haz" de electrones sea difractado por el "holograma" de positrones, pero en ningún sentido práctico sería posible en un configuración experimental que podría construirse con la tecnología actual y completarse en una vida humana.

Pero el OP está preguntando algo fundamentalmente diferente, que en realidad es una pregunta muy interesante. Me tomaré la libertad de reafirmar la pregunta de una manera menos específica: "¿ Puede un holograma compuesto por la sustancia A ser iluminado por la radiación B que interactúa con la sustancia A para producir la radiación C, de modo que la radiación C reconstruya una imagen almacenada en el holograma ? "

Curiosamente, la respuesta es "sí". Lo he hecho. Formé un holograma de imagen enfocada de una rosa 3D (aproximadamente 25 mm en x, y y z) en una hoja de fotopolímero de aproximadamente 1 mm de espesor. En ese fotopolímero en particular, las regiones resultantes de alto y bajo índice de refracción también resultaron ser regiones de alta y baja fluorescencia cuando se iluminaron con luz verde. La fluorescencia emitida era un rojo bastante ancho. Cuando iluminé el holograma con luz verde en el ángulo de referencia, una rosa 3D roja, ligeramente borrosa, era fácilmente visible en el fotopolímero. Nunca me senté a hacer los cálculos para estar seguro de por qué se formó esa imagen roja, pero estoy bastante seguro de que está relacionado con la forma en que se forman los " cristales fotónicos" .", trabajo de difracción de rayos X y difracción de electrones: la estructura espacial del holograma solo permite que se propaguen ondas que tengan ciertas longitudes de onda y direcciones.

Aquí se describe un experimento vagamente relacionado que usa hologramas formados ópticamente para difractar neutrones . Probablemente se podría hacer algo muy similar para los rayos X o los electrones de baja energía. El espacio interatómico en los sólidos, del orden de una décima de nanómetro, es grande en comparación con la longitud de onda incluso de un rayo gamma de baja energía (una centésima de nanómetro), por lo que sería muy difícil hacer una gamma útil. Holograma de difracción de rayos.