Experimento de triple rendija

De la misma manera que colocar un detector de absorción de fotones en una rendija en un experimento de doble rendija le devuelve el patrón de interferencia de una sola rendija, colocar un detector en una rendija de tres le devolverá el patrón de dos rendijas.

Podría ayudar pensar en el detector como un bloque de fotones, de la misma manera que el material en el que se cortan las rendijas bloquea los fotones. Un detector no tiene poderes mágicos diferentes de otros objetos físicos, y bloquear una rendija no hace nada con las rendijas restantes. Podría obtener el mismo resultado visual poniendo chicle en una ranura, simplemente no obtendría ningún dato de su chicle. :)

Puede pensar que la función de onda del problema de las tres rendijas consta de tres partes mutuamente no ortogonales:$\left|L+C+R\right>$. Debido a que los tres se superponen, el cuadrado de su suma contiene términos de interferencia, por lo que

$\begin{equation}\left<L+C+R|L+C+R\right>=\left<L|L\right>+\left<C|C\right>+\left<R|R\right>+2\left<L|C\right>+2\left<L|R\right>+2\left<C|R\right>\end{equation}~$.

Ahora añadimos un detector al sistema que puede decidir con certeza si la partícula estaba en L o no. Este detector tiene dos estados,$D_L$y$D_{CR}$, que son por diseño mutuamente ortogonales. La nueva función de onda es$\left|D_LL+D_{CR}(C+R)\right>$. Ahora el cuadrado es

$\begin{align} & \left<D_L|D_L\right>\left<L|L\right> + \left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<C|C\right> + \left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<D_R|D_R\right>\left<R|R\right> \\ &+2\left<D_L|D_{CR}\right>\left<L|C\right>+2\left<D_L|D_{CR}\right>\left<L|R\right>+2\left<D_{CR}|D_{CR}\right>\left<C|R\right> \\ &= \left<L|L\right>+\left<C|C\right>+\left<R|R\right>+2\left<C|R\right>\end{align}$

Así, se observa la suma del patrón de rendija simple de la rendija izquierda más el patrón de rendija doble de las rendijas central y derecha.

La interferencia solo se puede observar si hay una superposición de la función de onda. Una configuración que pueda distinguir con certeza las funciones de onda requiere el entrelazamiento de la función de onda de la partícula con la función de onda del detector de tal manera que se elimine esta superposición.

Como la detección necesariamente descohere la señal de entrada, se obtiene una combinación del patrón con una sola rendija (para la rendija observada) y del patrón con dos rendijas (para las rendijas no observadas).

En respuesta a la solicitud de una referencia sobre un experimento real de triple rendija con fotones, consulte Science Vol. 329, Número 5990, págs. 418-42. El título del artículo es Descartar la interferencia de orden múltiple en la mecánica cuántica y el resultado es que no existe un término de interferencia nuevo y exótico ("$I_{ABC}$") debido a una tercera rendija. Los únicos términos de interferencia son$I_{AB}$,$I_{BC}$,$I_{AC}$como cabría esperar del cuadrado de las amplitudes de probabilidad de pasar por las rendijas$A$,$B$, y$C$individualmente, y los autores los miden por separado.

Siento que otros ya han respondido la pregunta, pero para agregar la mía, puede pensar en una rendija bloqueada$A$como detector de$A$(la madre naturaleza ha detectado el fotón por ti ;)) y el patrón resultante en la pantalla (si ves algo en la pantalla, sabes con certeza que la luz no ha pasado a través$A$) es el patrón de doble rendija de$B$y$C$=$P_{B} + P_{C} + I_{BC}$, utilizando los símbolos de la referencia.

EDITAR: con respecto a la naturaleza de la detección, realmente no importa si se trataba de un bloque duro en la rendija A o un fotodetector. Si se colocara un fotodetector real en A, la señal de este solo mostrará un patrón de rendija simple.

Estoy de acuerdo con arnold, el detector no necesita interferir con el fotón cuando pasa por el detector; por ejemplo, los experimentos de borrado cuántico de respuesta retardada han solucionado esto. Y realmente, no se puede hablar de bloquear un fotón, porque si exhibe un patrón de interferencia, probablemente no pasó por ambas rendijas, solo una onda de probabilidad creada por el hombre para estimar su posición final. Un detector no "bloquea" una partícula, simplemente significa que la partícula tenía que existir para cumplir el propósito del detector en ese punto en el espacio y el tiempo, para dar servicio a la conciencia y la medición. Porque si borrara la información de qué ruta detectada por el detector, después de que pasa a través de las rendijas, el patrón de interferencia regresa. Soy de la opinión de que un fotón no existe de ninguna forma hasta que es absolutamente necesario, es s justo en superposición de infinitas posibilidades, hasta que sea requerido por algún propósito consciente. La mecánica cuántica y las "leyes de la naturaleza" simplemente suenan un poco como un maravilloso tipo de tecnología si me preguntas. Pero divago.