¿Por qué las ondas cilíndricas crean un patrón de interferencia (y las esféricas no)?

he leido esto:

https://phys.org/news/2011-01-which-way-detector-mystery-double-slit.html

Dice que la dispersión elástica crea ondas cilíndricas, y eso crea un patrón de interferencia, y la interferencia constructiva creará las partes brillantes visibles en la pantalla.

Dice que la dispersión inelástica crea ondas esféricas, y eso no crea interferencia, al menos no interferencia constructiva, que sería visible como un patrón brillante en la pantalla.

No encontré nada sobre por qué la forma espacial de la onda le impediría crear una interferencia.

En este experimento de doble rendija, las ondas cilíndricas (dispersión elástica en el aire), las que atraviesan una rendija sin ningún filtro, crearán un patrón de interferencia brillante visible.

Ahora, en este experimento, los fotones o electrones se disparan uno a la vez, aún así crean interferencia, porque viajan como ondas y las ondas parciales que pasan por las rendijas interfieren entre sí.

Pero, ¿por qué importa qué forma espacial tengan las ondas? ¿No deberían ambos tipos de formas de ondas atravesar las rendijas e interferir y crear un patrón de interferencia? Estamos hablando de electrones individuales o fotones disparados a la vez. Incluso una sola partícula debería crear un patrón de interferencia, y no debería importar qué forma espacial tengan las ondas parciales.

Pregunta:

  1. ¿Existe una explicación de por qué las ondas cilíndricas crean un patrón de interferencia y por qué las ondas esféricas no?

  2. ¿Por qué la forma espacial de una onda importa en la interferencia?

Respuestas (4)

Es muy fácil demostrar que las ondas esféricas interfieren . Usted mismo puede hacer el experimento en su casa, utilizando un puntero láser y dos orificios muy pequeños muy próximos entre sí en papel de aluminio en una habitación oscura. Las ondas cilíndricas también interfieren. Una onda esférica también interferirá con una onda cilíndrica. Todo lo que importa es que las dos ondas deben ser mutuamente coherentes: deben tener la misma longitud de onda y una relación de fase fija para formar un patrón de interferencia estacionario.

Un patrón de "interferencia" implica una cancelación que produce áreas oscuras en el patrón. Se muestra que este no es el caso, cada fotón o electrón que pasa por la rendija contribuye a los puntos brillantes del patrón. Además, el experimento señala que los electrones se disparan individualmente, por lo que no se requieren 2 ondas.
Pruebe el experimento y encontrará que las ondas esféricas interfieren. Dos fuentes puntuales mutuamente coherentes (o dos orificios iluminados desde una sola fuente monocromática) producen un par de ondas esféricas y producen un patrón de interferencia aguas abajo. Un ejemplo muy común es el patrón que se produce cuando un rayo láser extendido atraviesa una lente sin recubrimiento y se refleja de forma múltiple desde las distintas superficies de la lente. Cada reflexión produce lo que equivale a una onda esférica diferente. Aguas abajo se ve un patrón de ojo de buey: la interferencia entre las diferentes ondas esféricas.
Otro ejemplo común es un frente de onda divergente (esférico) que pasa a través de una placa de vidrio plana y se refleja de forma múltiple en las dos superficies. Cada uno de los haces reflejados de forma múltiple equivale a una onda esférica con un centro de divergencia desplazado. Aguas abajo se ve un patrón de ojo de buey.

Parece que la onda esférica no es la causa de la pérdida de interferencia. En cambio, la dispersión inelástica destruye la interferencia y produce una onda esférica.

Vocación z la dimensión a lo largo de la rendija: y el evento de dispersión elástica significa que no sabemos dónde ocurrió la interacción. De hecho, hay amplitud para ocurrir en cualquier z , por lo que agrega esas amplitudes de manera coherente. Eso significa que la onda secundaria radió desde toda la rendija y la onda transmitida es cilíndrica (la transformada de Fourier [FT] de la rendija). Como permanece coherente, se produce un patrón de interferencia. (Sospecho que hay un cambio de fase que cambia el pico de izquierda a derecha, ya que esto ocurre cuando coloca un trozo de vidrio frente a 1 rendija mientras usa luz láser. Propagación de la luz a través de un material con un índice de refracción mayor que uno es como la dispersión elástica hacia adelante).

Sobre dispersión inelástica: aquí el evento ocurre en un solo átomo. Que localiza la propagación en fijo z = z a t o metro . Por lo tanto, la forma de onda secundaria es la FT de un punto, que es una onda esférica. Como la interacción destruyó la coherencia: no hay patrón de interferencia.

¿A qué te refieres con FT?

Estás malinterpretando la afirmación fuera de contexto.

En el contexto:

Como explicaron los físicos, un electrón que sufre una dispersión inelástica se localiza en la rendija cubierta y actúa como una onda esférica después de atravesar la rendija. Por el contrario, es más probable que un electrón que pasa a través de la rendija sin filtrar sufra una dispersión elástica y actúe como una onda cilíndrica después de pasar a través de esa rendija. La onda esférica y la onda cilíndrica no tienen ninguna correlación de fase, por lo que incluso si un electrón pasara por ambas rendijas, las dos ondas diferentes que salen no pueden crear un patrón de interferencia en la pared detrás de ellas.

Para hacerse una idea de la coherencia, eche un vistazo a este enlace . Habla de luz, pero las matemáticas son las mismas para haces de electrones coherentes.

Es evidente que las fuentes puntuales después de la dispersión inelástica para cada electrón son incoherentes entre dos electrones diferentes, ya que la relación de fase se pierde por la dispersión inelástica. El electrón que solo se dispersa elásticamente retiene una relación de fase con el haz y los otros electrones vienen consecutivamente, aunque uno a la vez, por construcción del haz.

Los patrones de interferencia solo aparecen cuando existe una fase entre las partículas.

(por cierto, es solo la distribución de probabilidad para el electrón que puede existir para ambas rendijas).

Gracias, entiendo correctamente que (en el caso de la dispersión inelástica) habrá puntos brillantes en la pantalla, pero esos puntos brillantes parecerán crear un patrón aleatorio. Entonces, este patrón aleatorio no mostrará interferencia, ¿verdad?
No se acumularán en un patrón porque en la dispersión inelástica es como diferentes fuentes puntuales incoherentes.

Para los experimentos de doble rendija, el término interferencia se emplea en la explicación clásica/histórica de las observaciones. En la comprensión moderna, ya sea un fotón o un electrón, cada uno tiene una función de onda para describir su propagación. Como un solo evento, una onda/partícula viaja hacia las rendijas y elige una en función de la probabilidad, la probabilidad se basa en el campo EM variable de la onda/partícula que actúa con el campo EM variable de la rendija (muchos electrones moviéndose en el material de rendija), las causas variables de la aleatoriedad de la rendija que se elige. La función de propagación de onda también provoca el patrón de bandas visto, es una solución de las ecuaciones de onda con las propiedades EM y las dimensiones de la rendija.

Diría que la elección de la terminología de onda cilíndrica versus esférica simplemente significa una partícula que ha interactuado normalmente con la rendija rectangular larga (cilíndrica) frente a la esférica reirradiada.

El término "interferencia" no puede explicar lo que sucede en un experimento de doble rendija y genera mucho debate, está desactualizado.

¿Por qué las ondas cilíndricas crean un patrón de interferencia (y las esféricas no)?
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