En el experimento de doble rendija con electrones, ¿por qué el caso de una sola rendija no se difracta como lo habrían hecho los fotones?

Según la Mecánica Cuántica, no se puede hablar de la posición de una partícula sino de la probabilidad de la posición de la partícula. Una función de onda es una función cuyo producto con su conjugado da la distribución de probabilidad de la posición de la partícula. Dado que se sabe que la partícula está ubicada en algún lugar del rango, la función de onda debería ser normalizable. La función de onda de una partícula se determina a partir de la famosa ecuación de Schrödinger.

La difracción de fotones puede explicarse por la dualidad onda-partícula pero cuando se trata de una partícula como un electrón es necesario introducir el concepto de función de onda. Entonces, cuando los electrones se rocían a través de una sola rendija, sus funciones de onda se difractan. La probabilidad de la posición de un electrón está en forma de onda y al pasar por la rendija cambia la forma de la probabilidad de la posición del electrón. Es por eso que incluso si envía electrones uno por uno a través de una rendija simple o doble, observa una difracción e interferencia. Sin embargo, hay un efecto del observador.

A principios del siglo XX hubo una famosa discusión sobre la posición de la partícula justo antes de realizar la medición. Había tres respuestas sugeridas: agnóstica, realista y ortodoxa. Para obtener más detalles sobre este tema, puede consultar el libro de texto sobre mecánica cuántica de Griffiths. Como resultado de un experimento bien preparado, se descubre que la partícula no estaba realmente en ninguna parte. Pero, justo después de la medición, se encuentra que la partícula está allí donde se mide. Entonces, como resultado de este fenómeno, se observa que la función de onda de la partícula colapsa después de la medición. Esto también debería responder a su pregunta. Para aclarar el efecto del observador, algunos libros de texto (como Serway-Jewett en la sección de física moderna) dan cifras en las que los electrones no se difractan después de pasar por una sola rendija. Esto solo ocurre cuando se mide la posición del electrón antes de pasar por la rendija. Esta medida da como resultado el colapso de su función de onda y el electrón se comporta como una pequeña bola rígida como se muestra en la mecánica clásica. Este también es el caso en el experimento de la doble rendija si mides la posición del electrón. Simplemente colapsa la función de onda de esta manera y de alguna manera la obliga a estar en esa posición.

Para responder a la pregunta directamente, citaré al usuario AI: "Entonces, cuando los electrones se rocían a través de una sola rendija, sus funciones de onda se difractan". Debe leer la respuesta de AI para la discusión de los detalles importantes de QM.

La figura en la pregunta es algo engañosa porque no muestra las franjas más allá del máximo central para la difracción de una sola rendija. He estado buscando esto en Google por un tiempo, y parece que a la mayoría de los recursos realmente no les importa discutir la interferencia de una sola rendija para electrones, o cualquier partícula para el caso. Mi conjetura es que esto se debe a que las franjas de orden superior son prácticamente insignificantes en comparación con el máximo central, por lo que la mayoría de los recursos solo se enfocan en el resultado emocionante y más pronunciado de la interferencia de doble rendija con partículas. Cuando hablan de tapar una rendija, lo tratan como un colapso total de la función de onda e ignoran las franjas de baja intensidad y orden superior que ocurren naturalmente.