Физики поставили тот самый эксперимент, который вошел во все учебники по квантовой механике. Дифракцию электронов на двух щелях продемонстрировали американские специалисты.
Согласно статье в журнале New Journal of Physics, результаты оказались такими, как и должны были быть. В этом-то никто не сомневался, а вот реализовать простую с виду схему удалось далеко не сразу - предложенный Ричардом Фейнманом в его знаменитых "Лекциях по физике" (классический курс, знакомый любому выпускнику физфака как в США, так и в России) опыт таит в себе массу нюансов.
Напомним суть эксперимента, который Фейнман честно характеризует как придуманный для объяснения азов квантовой механики - пучок электронов направляется на пластинку с двумя прорезанными в ней щелями. Электроны летят достаточно редким потоком, так что через отверстия они проходят по-одиночке и затем попадают на расположенный за пластинкой плоский экран. Который, в свою очередь, вспыхивает при попадании частицы.
Законы квантовой механики утверждают, что электрон ведет себя и как частица, и как волна. Если всю установку не трогать, а просто смотреть на экран и отмечать на нем вспышки, то со временем множество точек сложится в такую картину, которая появляется при прохождении через две щели световых волн - серия полос, возникших из-за наложения волн друг на друга.
Что будет видно на экране - сначала отдельные вспышки, а потом из них сложится вот такой рисунок из полосок. Полоски получаются из-за сложения волн друг с другом; это изображение получено при прошлой попытке воспроизвести опыт Фейнмана японским физиком Тономурой (его схема опыта была близка, но не идентичная фейнмановской).
И парадоксальность этого опыта в том, что даже при очень редком потоке электронов, когда в каждый момент времени через щели пролетает не больше одной частицы, картинка все равно получается так, как если бы пластину облучали волны. А еще, если поставить у щелей детектор, регистрирующий пролет электрона через щель, получается уже не волновая картина, а изображение, соответствующее просыпанию через две щели отдельных частиц. Как так получается, Фейнман в своих "Лекциях" рассказывает на протяжении многих десятков страниц, так что за деталями мы отошлем к книге и вместо них расскажем про то, что сделали ученые. И почему в учебник попал никогда не проводившийся на практике опыт.
Пластинку с щелями пришлось делать из позолоченного кремния, а сами щели прорезать шириной всего 62 нанометра с промежутком в 272 нм между ними. Чтобы их закрывать и открывать, сделали специальный экран из 10-мкм фольги шириной 4,5 микрометра (в профиле получился брус с толщиной больше ширины) - ну и, конечно, вооружились электронной пушкой. И вакуумной камерой, так как на воздухе вся эта система работать не будет.
"Нашей задачей, - говорит Герман Бателаан, профессор унивеситета Небраски в Линкольне, - было воссоздать это фундаментальный опыт. Мы сделали точно то, что Фейнман проделал в своем мысленном эксперименте и проиллюстрировали на практике работу квантовой механики". Впрочем, как раз в квантовой механике никто особо не сомневался, так как знаменитый опыт был, по сути, педагогическим упрощением.
Пластинка с двумя щелями - это классический оптический опыт, который обычно хорошо знаком студентам, открывающим курс квантовой механики. Кроме того, процессы в нем наглядны, хотя и требуют довольно тонкой и точной экспериментальной техники; реальные эксперименты по проверке квантовомеханических теорий ставятся проще с технической точки зрения, но не столь наглядно. Ричард Фейнман, блестящий физик-теоретик (известен и как участник проекта по созданию атомной бомбы, и как видный специалист по квантовой теории поля) был еще и выдающимся преподавателем, поэтому понимал - не всегда стоит начинать объяснение сложных вещей с технических нюансов вида "а вот сюда такой датчик просто не влезет".
Ученый придумал способ наглядно рисовать взаимодействующие частицы (диаграммы Фейнмана), прославился борьбой с разнообразными шарлатанами и халтурщиками от школьного образования. В свободное от работы время он занимался календарями майя, игрой на барабанах, выступал в суде по делу о стриптиз-баре (где он готовился к лекциям), демонстрировал коллегам нюх собаки-ищейки и развлекался взломом сейфов с документацией по созданию ядерного заряда. Не забывая попутно издеваться над армейскими цензорами, психиатрами и студентами-философами: в книге"Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!" все это описано от первого лица и ее стоит прочитать даже тем, кто уже забыл законы Ньютона, Ома и Архимеда вместе взятые.
Источник: http://www.detalimira.com/news/1315/
Свежие комментарии