Experimento de Young. Duda

[Avicarlos]

Re: Experimento de Young. Duda

Tus cálculos son erróneos: la energía cinética de los electrones es de 50 keV, lo que implica una velocidad media del orden de $10^8\ \rm m/s$. Con un flujo de $10^{13}$ electrones/s y teniendo en cuenta que la dimensión del aparato es de 1,5 m, si admitimos que los electrones son emitidos de uno en uno, la distancia entre ellos es la que indica el autor, es decir, del orden den $10^5$ m, lo que implica que no es cierto eso que afirmas de que hay $10^{16}$ electrones en una distancia de $10^{-6}\ \rm m$. Con una velocidad como la que dije antes, tu estimacións implicaría un flujo del orden de $10^{22}$ electrones/s, es decir, una intensidad del orden del kA, evidentemente excesiva para un microscopio electrónico.

Veo que me precipité al aceptar por mi cuenta, algo que otros físicos me imbuyeron. El hecho de que se podía realizar el experimento con electrones en vez de fotones y resultaba idéntico.
Como no veo conveniente pasar de un estudio inicial sin entenderlo para meterse en un nuevo berenjenal, nunca realicé ninguna comparación como la que ahora me presentas y a no dudar si vosotros lo teneis claro, algún día quizá tendré la suerte de verlo también yo.

De momento me refería a los fotones donde las cifras que puse son las deducidas. Ahora no voy a contradecir nada de lo referente a los electrones pero le veo más complicación aún que en los fotones, a pesar de leer de físicos que ostentan lo contrario.

El fotón carece de masa, de carga y de volumen.
El electrón dispone de masa, de carga y de volumen.

¿Cómo con tales diferencias puede asemejarse el experimento?.

Veo que un frente de ondas de una superficie de diámetro el micrómetro, contiene cien electrones. Estos vibran cada uno según De Broglie. incluso con una longitud de 10^-10 cm, pero también su carga eléctrica debe repelerlos sobre una distancia de 10^-20 cm.
Ambos efectos deben obligar a que su desplazamiento sea algo alborotado entre acercarse los cien electrones del frente de ondas y separarse a velocidad como de 10^8 cm/s
Luego viene que al llegar a su destino, deben interaccionar con los átomos que a su vez pueden admitir, o repeler según su carga a los electrones recién llegados.

En el curso del 1,5 m los electrones que viajan con la separación que sea (ya digo que no calculé nada de este experimento), pueden verse por iluminarlos, o pasar desapercibidos por disponer de un ambiente libre de interferencias, como polvo u otra radiación. (Oscuridad y baja temperatura).
De no ser así, por el camino pierde energía, la que emitan por ellos, o la de reflejo de la recibida.

Lo imagino así, por cuanto en macro, vemos los rayos de las nubes a Tierra que no siguen una recta, sino que constantemente interaccionan con todo lo que encuentran. Y si se ven, es que emiten fotones luz, y calor, y sonido, lo cual es pérdida de energía en el trayecto.
En laboratorio, la circulación de los electrones se fuerza con el chispazo, parece un efecto microscópico de lo que realiza el rayo desde la nube.

Cuando se traspasa una ranura, con el movimiento que disponen los electrones por lo dicho, no hay garantía que pasen limpiamente por rendija alguna, pues siempre debe ser muy superior a su propio frente de ondas.

Ante tantas dificultades para mí, prefiero ceñirme a los fotones para la comparación. Pues es posible que aún y habiéndome fijado unas premisas sacadas de lo que se enseña de ellos, tampoco lo tenga bien entendido.

Por ello, ya que te brindaste a orientarme , me seguirías complaciendo si me cuentas estos experimentos cómo se realizan para soslayar todas las dificultades que se me ocurrieron.

Saludos de Avicarlos.

[arivasm]

Re: Experimento de Young. Duda

El fotón carece de masa, de carga y de volumen. El electrón dispone de masa, de carga y de volumen.

El concepto de volumen de una partícula no tiene demasiado sentido en mecánica cuántica, donde se manejan como objetos puntuales, e incluso tampoco lo tiene el del volumen ocupado por la misma, en su sentido clásico, salvo en experimentos mentales como podría ser el pozo de potencial infinito. Un ejemplo típico para entender a qué me refiero es el del electrón en un átomo: no existe un límite definido a partir del cual la probabilidad de encontrar al electrón sea estrictamente cero. Eso no impide el manejo del concepto de volumen atómico, pero siempre sujeto a la obligación de definir previamente qué límite se establece para dicha probabilidad. Es decir, los volúmenes atómicos, considerando una probabilidad del 95% de contener a los electrones son diferentes de los que corresponden a considerar otra diferente, por ejemplo el 99%.

¿Cómo con tales diferencias puede asemejarse el experimento?.

Ésta es una cuestión absolutamente central, que el gran y genial Louis de Broglie fue el primero en atisbar. En esencia, las leyes de la naturaleza no deben se dependientes de las propiedades de las partículas. Me refiero a que sería una mala práctica científica, inadmisible en el mundo de la Física, si se dijese "tal ley sólo es válida para las partículas que tal y tal".

Como decía, De Broglie fue el primero que propuso que el fotón ("quanta de luz" en aquella época) era una partícula exactamente igual que las demás, de manera que el carácter dual, de onda y partícula, que evidenciaban los experimentos también debería ser aplicable a partículas más clásicas como por ejemplo los electrones.

El primer éxito que confirmó esa hipótesis fueron los experimentos de Davisson y Germer, pero quizá para calibrarlo convenga pensar, por ejemplo, en toda la Química cuántica y el diseño molecular que forma parte del trabajo habitual en el diseño de fármacos, donde la ecuación de Schrödinger, hija de la hipótesis de De Broglie, forma parte del aparataje que se maneja.

Veo que un frente de ondas de una superficie de diámetro el micrómetro, contiene cien electrones.

No puedo compartir ese resultado. ¿Podrías decir dónde aparece o cómo lo obtienes?

En el curso del 1,5 m los electrones que viajan con la separación que sea (ya digo que no calculé nada de este experimento), pueden verse por iluminarlos, o pasar desapercibidos por disponer de un ambiente libre de interferencias, como polvo u otra radiación. (Oscuridad y baja temperatura).
De no ser así, por el camino pierde energía, la que emitan por ellos, o la de reflejo de la recibida.

En el experimento de Tonomura los electrones no son detectados "en vuelo" sino sus impactos en una pantalla, exactamente igual a lo que sucede en un televisor.

En su "viaje" desde el cañón emisor hasta dicha pantalla hay prácticamente vacío.

Ante tantas dificultades para mí, prefiero ceñirme a los fotones para la comparación. Pues es posible que aún y habiéndome fijado unas premisas sacadas de lo que se enseña de ellos, tampoco lo tenga bien entendido.

En los primeros años de la Física cuántica se realizaron varios intentos de verificar la dualidad onda-corpúsculo empleando fotones. El problema de dichos experimentos está en lo que señalas: es muy difícil conseguir emisiones fotónicas de tan baja intensidad como para poder afirmar que no hay más de dos fotones en el sistema. En este sentido, recientemente ha habido grandes avances. Si estás interesado en el tema (pero tendrás que superar la barrera del inglés!), puedes hojear esta publicación: www.bourbaphy.fr/grangier.ps

Saludos!

[inakigarber]

Re: Experimento de Young. Duda

He leído un poco por encima los comentarios que habéis hecho y veo que los enlaces que habéis puesto están en ingles o en francés. No me entiendo bien con los idiomas. ¿Hay alguno en castellano que pudiera ser asequible y fiable?
Muchas gracias.

[Avicarlos]

Re: Experimento de Young. Duda

Ya aprendí algo más gracias a tí arivasm. Aunque algunas cosas, por lo que me respondes veo que tengo que tomarlas, como "en esta teoría es así".
Los valores que expongo no son invención mía, sino de los simples catálogos editados en Particle Data Book, edición 2010.
Aparte esto que sale de lo que pretendo, valoro tu párrafo:

En los primeros años de la Física cuántica se realizaron varios intentos de verificar la dualidad onda-corpúsculo empleando fotones. El problema de dichos experimentos está en lo que señalas: es muy difícil conseguir emisiones fotónicas de tan baja intensidad como para poder afirmar que no hay más de dos fotones en el sistema. En este sentido, recientemente ha habido grandes avances. Si estás interesado en el tema (pero tendrás que superar la barrera del inglés!), puedes hojear esta publicación: www.bourbaphy.fr/grangier.ps

Tu apreciación me conforta, puesto que me da inquina como se divulga dando por cierto el que Científicos del siglo XX fueron capaces de aislar un fotón. En lugar de manifestar que "desearon aislar un fotón pero por más intentos incluso con sofisticados artilugios, no hubo certeza de haberse logrado."

Este rasgo de humildad que esperaba yo de los textos canónicos, no lo vi por parte alguna y luego con esta premisa que tiene más visos de improbabilidad que de probabilidad, te sacan unas conclusiones del experimento de la doble ranura, parcialmente erróneos.
El experimento : Cierto,
El resultado :Cierto
El comportamiento aparente de los fotones : Cierto.
La manera que se indica se comportó la ONDA del fotón :cierto ya que no es más que una línea de vibración ideal.
El resto : Pura especulación que hace enmudecer a los legos. En tal situación permanecí años, hasta que me rebelé en admitir algo simplemente porqué sí, cuando veo explicación simple incluso por óptica.

Ahora leeré lo que brindas del enlace, al que traduciré y una vez asumido, volveré a comentar. Eres de los pocos físicos con quienes contacté que al menos admites la posibilidad de realizarse el experimento con fotones, no "uno, a uno", sino con "algunos a algunos". Y mira que la Red lo asegura en miles de artículos y vídeos.

Me temo que el artículo inglés será muy parecido a los artículos en español.
Pero aparte de esto, me gustaría asimismo que siguieras dando respuesta a mis dudas sobre los electrones y las bases que se sostienen para también dar como axioma el resultado.

Recuerda que según la teoría que me apuntas, el electrón así como el fotón, no tiene dimensiones volumétricas, pero bien que necesita una rendija de algún tamaño para pasar por ella. Donde no hay rendija no pasa. ¿En qué quedamos?.

Saludos de Avicarlos.

[arivasm]

Re: Experimento de Young. Duda

Tu apreciación me conforta, puesto que me da inquina como se divulga dando por cierto el que Científicos del siglo XX fueron capaces de aislar un fotón. En lugar de manifestar que "desearon aislar un fotón pero por más intentos incluso con sofisticados artilugios, no hubo certeza de haberse logrado."

Este rasgo de humildad que esperaba yo de los textos canónicos, no lo vi por parte alguna y luego con esta premisa que tiene más visos de improbabilidad que de probabilidad, te sacan unas conclusiones del experimento de la doble ranura, parcialmente erróneos.

En mi opinión esa extrapolación de conclusiones es algo que forma parte del corazón de la ciencia: una vez formulada una teoría, asentada por experimentos (u obtenida de manera indirecta a partir de ellos), se mantiene (en el sentido de que no se reforma) en tanto que es coherente con las experiencias subsiguientes.

Entre los ejemplos más notables está el del átomo. Una vez que Dalton formula su ya más que asentada teoría, durante una buena colección de años se objetó la falta de observación directa de los átomos, que en realidad sería un "constructo ideal", útil pero carente de soporte directo, etc, etc, etc. Por supuesto, la teoría fue absolutamente aceptada muchíiiiisimo antes de que nadie pudiese construir un microscopio, como los de efecto campo, que permitiese "ver" los átomos y obtener imágenes como las que les ponemos los profesores de secundaria a nuestros alumnos.

En ese sentido, la búsqueda de la realización de la experiencia de Young, o similar, realizada con un conteo uno a uno de los fotones no deja de ser una última verificación de la teoría. Eso sí, es de lo más lógico que se persiga incansablemente, pues a veces es en esos experimentos extremos donde surgen las discrepancias que acaban por arrojar nueva y valiosísima información (lo que me trae a la memoria un problema muy reciente como es la medida 'directa' del radio del protón -en el sentido que mencioné en mi post anterior, de límite probabilístico-).

Recuerda que según la teoría que me apuntas, el electrón así como el fotón, no tiene dimensiones volumétricas, pero bien que necesita una rendija de algún tamaño para pasar por ella. Donde no hay rendija no pasa. ¿En qué quedamos?.

No entiendo bien este comentario. Es más, si tienes en cuenta el efecto túnel ni siquiera es necesaria una rendija para que el electrón (o el fotón) la atraviese. Por supuesto, la probabilidad de dicha transmisión decae (y de manera exponencial) con la anchura y altura (energética) de esa barrera. De todos modos, imagino que tu comentario irá en otra dirección.

Terminaré aclarando que no soy un investigador, sino un simple y humilde profesor de secundaria, cuyo oficio consiste en transmitir lo mejor que sé las teorías que gozan del asiento suficiente como para ser enseñadas en aulas de ese nivel. Lo digo por aclarar que mi intención no es defender (ni atacar) la teoría cuántica, sino ayudar a que otra gente la entienda, al menos hasta donde yo lo hago.

Saludos!

[Avicarlos]

Re: Experimento de Young. Duda

arivasm: estuve intentando ver razonamientos en el enlace que me ofreciste, que fueran de mayor peso que los que llevo leídos en español. No veo variación sustancial, pero comprendo que una cosa es dar una lección académica y otra meterse en discusiones filosóficas, por lo cual como alumno aprendí la lección hace años. Y lo que desde entonces estuve buscando la manera en que se las apañan en óptica, los fabricantes de conductores de fibra óptica y los ingenieros del GPS, y los miles de aparatos de telecomunicación, para lograr sus objetivos, prescindiendo de este escollo que apunto.
De momento, aparco el tema pero resucitará en otro hilo y aparentemente sin nada que ver.
¡Ojalá! me sigas allí con lo que preguntaré ya que escapa de este hilo.

Lo que sí me gustaría que refirieras como funciona el lanzamiento de electrones tal como en mi anterior mensaje te pedía.
Veo que un frente de ondas de una superficie de diámetro el micrómetro, contiene cien electrones. Estos vibran cada uno según De Broglie. incluso con una longitud de 10^-10 cm, pero también su carga eléctrica debe repelerlos sobre una distancia de 10^-20 cm.
Ambos efectos deben obligar a que su desplazamiento sea algo alborotado entre acercarse los cien electrones del frente de ondas y separarse a velocidad como de 10^8 cm/s
Luego viene que al llegar a su destino, deben interaccionar con los átomos que a su vez pueden admitir, o repeler según su carga a los electrones recién llegados.

En el curso del 1,5 m los electrones que viajan con la separación que sea (ya digo que no calculé nada de este experimento), pueden verse por iluminarlos, o pasar desapercibidos por disponer de un ambiente libre de interferencias, como polvo u otra radiación. (Oscuridad y baja temperatura).

Estas dificultades que son las que imagino, no tuve la oportunidad que nadie de los que relata el experimento me explique paso a paso lo que sucede tan obvio como para ver que la huella del electrón en pantalla sea fotográfica o electrónica pueda ser identificada como la UNIDAD y con ello quedar demostrado que se lanzaron electrones uno a uno.

Siempre se me dijo que seguían una recta, o como mucho, una geodésica. entre el foco de emisión y la huella en la pantalla.
También se dijo que la velocidad era constante (cuando hablamos de fotones en el vacío, pero que será también constante según el valor energético del electrón con su carga, siendo inferior a <C).
En estas condiciones también se dice que no tiene sentido preguntar el recorrido, ya que está en todas partes y también Feynman lo mantiene con sus diagramas, para los fotones. Sin embargo para cumplir todos estos requisitos, no veo alternativa a que el fotón electrón durante el tiempo transcurrido hubiera ocupado los puntos espaciales que forman la linea recta entre salida y destino.

Si te acaparo demasiado tiempo, entenderé tu silencio.

Saludos de Avicarlos.

[arivasm]

Re: Experimento de Young. Duda

Antes de nada: acabo de comprobar que había añadido un 1 espúreo al ritmo de llegada de los electrones en el experimento de Tonomura. Es $10^3$ electrones/s.

Traduciré la parte del artículo en la que hace mención al lanzamiento de electrones, como pides:

III. Experimentos

Los experimentos se llevaron a cabo usando un microscopio electrónico equipado con un biprisma de electrones y un sistema de recuento de electrones sensible a la posición.

Se enviaron a un biprisma de electrones, tras su colimación, ondas coherentes de electrones procedentes de una afilada punta de emisión de campo. El patrón de interferencia del biprisma era ampliado por las lentes electrónicas y la acumulación de electrones individuales del patrón de interferencia se observaba en secuencia temporal en el monitor de TV de un sistema bidimensional contador de electrones y sensible a la posición, que estaba conectado a una memoria de almacenamiento. Los electrones podían detectarse uno a uno, puesto que la eficiencia de detección era aproximadamente del 100% y el error de detección inferior al 1%.

La figura 3 muestra la disposición experimental detallada. Los electrones se emiten desde una punta de emisión de campo por un potencial electrostático aplicado $V_1=3\ -\ 5 \ \rm kV$, y después son acelerados hacia el ánodo, de potencial $V_0=50\ \rm kV$. El haz electrónico acelerado hacia $V_0$ está asociado con una onda de longitud $\lambda=h/\sqrt{2meV_0(1+eV_0/2mc^2)}$, que en el caso actual es $0,054\ \AA$. La emisión total de corriente se limitó intencionadamente a $\simeq 1\ \mu\rm A$ del que sólo $10^{-4}$ pasa a través de los ánodos. (...)

[Avicarlos]

Re: Experimento de Young. Duda

Antes de nada: acabo de comprobar que había añadido un 1 espúreo al ritmo de llegada de los electrones en el experimento de Tonomura. Es $10^3$ electrones/s.

Traduciré la parte del artículo en la que hace mención al lanzamiento de electrones, como pides:

Como mi fijación por lo visto puede ser entendida como delirante y no quiero alargar este tema, ya que una de las causas es precisamente lo que falta se explique relativo a las frecuencias de las partículas y su manera de interactuar, paso directamente al que voy a abrir ahora, también en cuántica y cómo, no, tratándose de intentos cognoscitivos, en "divulgación". Lo titulo " ¿Matemática y Física, retratan la realidad?"

El paso a paso del experimento según el enlace, no lo veo a pesar de la traducción que gentilmente me aportas.

Saludos de Avicarlos.