¿Se puede explicar la distribución de intensidad detrás de los bordes y rendijas por la interacción con los electrones de superficie de los bordes?

Leyendo sobre la difracción de la radiación EM en bordes, rendijas y rendijas múltiples, así como sobre la difracción de electrones detrás de un cable, llegué a la conclusión de que las distribuciones de intensidad en la pantalla de un observador son el resultado de la interacción entre la radiación (haz de electrones) y una cantidad cuantificada. campo de electrones superficiales de los bordes.

Embarazada de esa idea, comencé a leer Physics.StackExchange. En este foro no juega un papel que el patrón de intensidad se produzca detrás de cada borde (en el contorno de la sombra geométrica) y no solo detrás de las rendijas. ¿Es un posible punto de vista que detrás de una rendija con una distancia lo suficientemente grande entre los bordes de esta rendija ocurran los mismos patrones que detrás de un solo borde izquierdo y un solo borde derecho, si recortamos las imágenes de sus patrones de intensidad y las pegamos? ¿ellos juntos? Estoy buscando argumentos de que esto no es posible. Necesito esta argumentación para contradecir mi idea sobre el campo cuantificado entre los fotones y los electrones de la superficie desde un borde o los bordes de rendijas simples, dobles o múltiples.

Existe una teoría bien aceptada y establecida sobre la interferencia de la radiación EM que conozco por mí mismo, no hay necesidad de hablar sobre este hecho. Pero no veo un error en mi explicación y necesito un argumento para alejarme de mi teoría.

Además del punto de vista tradicional sobre la interferencia de las ondas EM en la región de las rendijas, incluso para fotones o electrones individuales, encontré en el foro algunas pruebas del patrón de distribución como resultado del campo cuantificado de los electrones que interactúan desde los bordes: "... el componente del campo eléctrico perpendicular a la superficie será discontinuo, porque hay un campo eléctrico normal a la superficie de las cargas superficiales ligadas..." . Esta es una respuesta de @rob. ¿Es esta afirmación adoptable desde mi punto de vista?

No veo forma de poner esto en diferentes preguntas y espero que sea aceptado como una sola pregunta.

Entonces, ¿cómo explica el hecho de que obtenga el mismo patrón de difracción si las rendijas están hechas de un conductor o de un aislante, aunque la luz interactúe con estos diferentes tipos de materiales de diferentes maneras?
@John Rennie Gracias por la repetición. No me consta que haya experimentos con diferentes materiales en los que las distancias de las franjas se midieran en circunstancias iguales para las distancias desde la fuente hasta los bordes y la pantalla. Moellenstedt experimentó con diferentes potenciales eléctricos y no sorprende obtener diferentes patrones . ...
... Lo que sé es que hay una diferencia entre la posición de la primera franja de los fotones y de los electrones. La primera franja de intensidad de los fotones se encontraba mitad dentro y mitad fuera de la sombra geométrica. Y para los electrones hay un potencial repulsivo y la franja comienza más ancha que la sombra geométrica.
Y es fácil de explicar los experimentos de un solo fotón.
Aquí una pregunta sobre el material de la rendija.
"En el foro no juega un papel que el patrón de intensidad se produzca detrás de cada borde y no solo detrás de las rendijas. ¿Es un posible punto de vista que una rendija con la distancia correcta entre los bordes dé los mismos patrones como una izquierda y una derecha? ¿borde?" No entiendo estas dos oraciones en absoluto. ¿Podría por favor reformularlos?
¿Qué es un borde izquierdo?
@JánLalinský Edité la pregunta. Una rendija contiene dos bordes y si la rendija se coloca verticalmente, el sli tiene un borde izquierdo y otro derecho.
@JánLalinský Los bordes son designaciones geométricas para un área de borde hecha de electrones de valencia y debido a la nitidez de dichos bordes en experimentos de doble rendija con un alto potencial electrostático.
Por supuesto, hay "un efecto" en el sentido más absoluto, pero lo que la gente de la óptica sabe que hace que esto no sea una pregunta es que no importa a menos que el ancho de la rendija o la longitud de onda sean comparables a la profundidad del límite. región. En otros casos, la solución final está dominada por la parte de la onda que pasa lejos del límite de la rendija. Ciertamente, en el caso de una onda plana que pasa por un borde aislado, la contribución del semiplano supera por completo los efectos del borde. Esto se sigue del principio de Huygens.
@dmckee ¿En qué año se midió primero una longitud de onda? ¿Cómo se midieron estas longitudes de onda, directamente comparándolas con un etalón o indirectamente con qué?
En mi opinión, el problema es pensar simplemente en una solución de ecuación S o D, dados los potenciales y las condiciones de contorno. Debido a la naturaleza sinusoidal de las soluciones, no hay ningún misterio que atribuir a la forma en que resultan cuando las resuelve la naturaleza. Solo para entender que probablemente no tomamos en cuenta una condición potencial o límite.
@annav ¿Podría ampliar un poco su comentario? Para un hablante no nativo como yo, es críptico.
Las matemáticas subyacentes que describen muy bien los efectos cuánticos son soluciones de las ecuaciones de Shrodinger de Dirac o Klein Gordon. Estos son básicamente senos y cosenos (si prefiere exponenciales complejos). Cómo se materializarán las densidades de probabilidad en un experimento depende de los potenciales que uno ponga en las ecuaciones y las condiciones de contorno. borde, hendidura, etc. Sabemos por las soluciones de otras ecuaciones diferenciales más fáciles de medir (como las ondas de agua) que las interferencias aparecen cuando se mantienen las fases y la aleatoriedad gobierna cuando las fases se pierden. es parecido con
la función de probabilidad Mostrará interferencias si se mantienen las fases y esto dependerá de las condiciones de contorno específicas. En mi opinión, la naturaleza es una gran solucionadora de problemas, da la distribución de probabilidad correcta y depende de nosotros entender qué condición límite o qué potenciales no incluimos en nuestras matemáticas.
Holger, he estado muy interesado en este tema desde hace algunos años. Si entiendo su pregunta correctamente, es posible que tenga una respuesta para usted. En la parte superior de mi página hay un sitio web. He publicado un documento que escribí titulado "Certeza de un solo borde". El documento le muestra exactamente cómo derivar cualquier patrón Fringe para cualquier experimento de borde o hendidura.
@BillAlsept Discutamos esto en una sala de chat

Respuestas (1)

@Holger Fiedler Hola,

Gracias por tu comentario sobre mi respuesta aquí . Aquí me gustaría decir que soy un físico experimental y trabajo en la radiación XUV coherente ultracorta. Tengo experiencia de primera mano con la interferencia de la radiación XUV usando rendijas dobles.

Tu pregunta es muy genuina. Hace mucho que he pensado en esta cuestión durante bastante tiempo. El primer comentario de @John Rennie es muy pertinente. Tiene toda la razón cuando dice que el material de la rendija no juega ningún papel en la difracción. Si puede hacer una doble rendija del mismo ancho, la misma separación, el mismo grosor (esto es solo una consideración práctica porque con rendijas más gruesas, la alineación de la rendija se vuelve tediosa), la misma rugosidad del borde obtendrá el mismo patrón de difracción con cualquier material (ya sea papel , cobre, aluminio, acero o madera). Tenga en cuenta que los últimos dos requisitos de rugosidad y grosor no son tan estrictos.

Para probar esta suposición, me gustaría sugerirle que haga una simulación. Supongo que debe estar familiarizado con algún lenguaje de programación de alto nivel como matlab o python.

Tome una onda plana de vector de onda k (dado que se trata de difracción estacionaria en el tiempo, no necesita ω t término) escribir la ecuación de onda mi X pag ( i k r ) , ahora construya dos rendijas de ancho w y separación d y finalmente una pantalla a la distancia D. Tome varios puntos en la pantalla y en las rendijas. Ahora trace los rayos y calcule la ruta a partir de la ecuación anterior y construya la distribución de intensidad en la placa superponiendo todos los rayos de la doble rendija en un solo punto de la pantalla.

El patrón de interferencia simulado será una réplica exacta del patrón de difracción observado (si puede hacer ese experimento). Lo he probado yo mismo, la coincidencia entre estos dos espectros es cuantitativa. Una vez que haya creado dicho programa, puede cambiar su pulso incidente a cualquier cosa que desee, etc., o puede convertirlo fácilmente en la simulación del filo de la navaja.

La idea detrás de la sugerencia para hacer esta simulación (donde no consideramos ninguna interacción entre la luz y los electrones presentes en la rendija) es ilustrar que la naturaleza ondulatoria de la luz es responsable de la difracción y no la interacción de los electrones en el borde. de la hendidura. La interacción de los electrones en el material es responsable del bloqueo de la luz.

Me gustaría mencionar que puede deducir todas las cosas anteriores (al menos cualitativamente) a través de ecuaciones muy básicas para ondas planas, pero en mi opinión, al hacer dicho programa, puede ver el efecto de cambiar los parámetros en el patrón de difracción real y ver es creyendo

PD: si gustas puedo subir el código python de mi simulación.

La pregunta es si se podría hacer una simulación de lo que espero sobre el campo eléctrico de los electrones en los bordes afilados . Y esto creo que es imposible. Como soy ingeniero no estoy en condiciones de hacerlo. Por cierto, ¿has leído sobre la distribución de los momentos dipolares magnéticos dentro de los átomos?
Gracias por tu respuesta. En lugar de una simulación, preferiría un experimento. ¿Alguna idea de una posibilidad?
Hsinghal Hay una reseña histórica mía sobre la difracción de electrones. Desafortunadamente hasta ahora solo en alemán ru.wikipedia.org/wiki/Участник:HolgerFiedler/… . Es interesante que al biprisma se le podría aplicar un potencial eléctrico y esto cambia la desviación y difracción del camino de los electrones. Más que esto en el caso libre de potencial, así como con potencial, la distribución de intensidad en la pantalla del observador está igualmente distribuida. upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/…
Quizás esto sea aplicable a su trabajo, ¿XUV se usa para enmascarar dispositivos microelectrónicos?
0 votos negativos Una pregunta: si sucede que hay un patrón de difracción del filo de la navaja, ¿cómo se explica esto por la teoría de ondas? ¿Para tener mínimos y máximos necesitas al menos dos fuentes de onda? ¿Es eso lo que quieres decir?
@Baj Mile Esta es una pregunta de libro de texto estándar. si coloca el filo de un cuchillo en el camino de la onda, la difracción ocurre en el borde, pero no puede verla en la parte brillante, solo aparece la modulación de intensidad en la parte oscura.
Como físico experimental, debe poder proporcionar un artículo arbitrado de un experimento que compare diferentes materiales. Si no existe tal documento, entonces parece apropiado que usted, un físico experimental, presente dicho documento.
@James Bowery puede haber algún documento, pero puede ser muy antiguo y puede que no esté en inglés y no esté disponible en línea. Pero creo que no hay papel porque no se encontró nada. Los electrones materiales no tienen otro papel que el de detener la luz.
Esa no es la forma en que procede la ciencia. Un resultado negativo de un experimento debe publicarse por la única razón de que la metodología puede ser criticada por los compañeros. Es comprensible que esto a menudo se relegue a los asistentes de investigación de posgrado, pero se hace. Hay una crisis en algunas de las ciencias blandas debido precisamente a que no se molestaron en siquiera intentar replicar. La ciencia depende de la "redundancia" experimental.
¿Se puede explicar la distribución de intensidad detrás de los bordes y rendijas por la interacción con los electrones de superficie de los bordes?
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