Divulgación Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

[Doctor J]

Realicé el experimento de la doble rendija con un láser rojo y en un principio obtuve el esperado patrón de interferencia.

Más tarde y por accidente, creo que conseguí captar el patrón de interferencia y a la vez la figura de la doble rendija. Parece ser que en la misma foto aparecen reflejados los dos comportamientos de la luz: como onda y como partícula. El lugar donde están practicadas las rendijas consta de una doble rendija con las rendijas más anchas y otra doble rendija con rendijas más estrechas. Creo que el patrón de interferencia corresponde a las rendijas estrechas y la figura de las dos rendijas a las rendijas anchas. Lo que no entiendo es a qué obedece la diferencia de comportamiento.

¿Alguien me lo podría aclarar? Adjunto fotos.

Muchas gracias y un cordial saludo.

[Richard R Richard]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Hola bienvenido al foro, como nuevo miembro te sera útil leer Consejos para conseguir- ayuda de forma efectiva

Cuentanos los detalles constructivos, materiales, distancias, espesor de las rendijas, separación entre ellas, diámetro del rayo o beam, angulo entre pantalla y plano de rendijas, angulo entre beam y rendijas, y todo detalle que creas o no pueda haber favorecido al resultado.
Otra pregunta la foto del resultado de la pantalla, la obtuvisté sin mover nada, mientras el láser incidía como en la segunda foto?
Quizá reproduciendo tu experimento, podamos explicarlo con buen criterio.

[Julián]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Dicha imagen es el resultado de insperfecciones en la experimentación. Debes considerar la distancia del laser a las rendijas, la distancia de las rendijas a la pantalla.

Recuerda que se da interferencia debido a más de una rendija aún así siempre existe difracción.

Puedes ver el patrón aquí: https://www.astrofisicayfisica.com/2...raunhofer.html

Hay 2 rendijas, hay 2 patrones de difracción además del patrón de interferencia. Si hay más de 2 rendijas el patrón es realmente complejo.

La difracción ocurre cuando la radiación incide en una frontera abrupta entre medios. ¿Cómo es el material de tus rendijas? (al parecer es una tela) Si los lados de las rendijas no son perfectamente rectos y presenta irregularidades (mayores a la longitud de onda), se dará difracción irregular. De allí el efecto de la difracción observado y como este no es perfecto debido a las irregularidades de las rendijas.

Fijate pues que como no es posible en la práctica obtener fronteras de rendijas sin irregularidades, siempre se da esos efectos o vicios. Observa patrones de interferencia en la web y encontrarás este fenómeno (claro, no tan visible como el que tu presentas)

https://es.wikipedia.org/wiki/Difrac...B3n_de_Fresnel

https://es.wikipedia.org/wiki/Difrac..._de_Fraunhofer

PD: además agrego, si las rendijas estás hechas de tela, esta posee pelitos que aunque tu no lo veas pueden tener el tamaño de unos cuantos micrométros y estos producen difracción cuyo patrón dependerá de la geometría de estos y de la posición (ensuciando el patrón de interferencia buscado). Me acuerdo, medir en la universidad tamaños de objetos del orden del micrón mediante difracción.

[Doctor J]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Gracias por los consejos, Richard.

Mis disculpas por la falta de información.

El material para construir las rendijas es grafito (minas de portaminas de 0,5 mm. de diámetro). Las minas están sujetas con cinta de enmascarar (una especie de esparadrapo de papel removible).

La anchura de cada una de las dos rendijas grandes es de 0,5 mm. y su separación de 0,5 mm. La anchura de cada una de las dos rendijas pequeñas la estimo en 0,1 mm. aunque no dispongo de medios para medirla con precisión y su separación es de 0,5 mm. Diámetro estimado del haz láser 1,6 mm. Diámetro estimado de la luz secundaria que rodea al haz principal 10 mm. Haz láser perpendicular al plano de las rendijas y a la pantalla. Distancia del puntero láser a las rendijas 40 cm. Distancia de las rendijas a la pantalla 2,5 m.

En cuanto a tu pregunta "la foto del resultado de la pantalla, la obtuvisté sin mover nada, mientras el láser incidía como en la segunda foto?" la respuesta es sí. Es decir, el haz láser principal incidía en las rendijas estrechas directamente y el halo que rodea al haz láser principal incidía en las rendijas anchas.

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Gracias por tus comentarios Julián. Disculpa por la falta de información adicional sobre el experimento. Espero en las próximas horas poder repetir el experimento. Probaré distintas combinaciones teniendo en cuenta tus observaciones.

El material para obtener las rendijas es grafito. Son minas de portaminas de 0,5 mm. de diámetro.

Esta es una fotografía de alguien que hizo el experimento con una configuración similar a la mía. Esta foto de las minas tiene 40 aumentos:

Podéis consultar la página de procedencia de la imagen aquí: https://rinconciencia.wordpress.com/...es-acrobticos/
Él lo hizo con un láser verde y es interesante observar que también se aprecia la figura de las dos rendijas proyectadas además del patrón de interferencia:

[Julián]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Él lo hizo con un láser verde y es interesante observar que también se aprecia la figura de las dos rendijas proyectadas además del patrón de interferencia:

Claro, debido a la difracción. La interferencia es la superposición de ondas, las cuales en el experimento de la doble rendija resultan de 2 caminos ópticos diferentes. La difracción resulta por la desviación de los bordes. No es posible eliminar la difracción del experimento con rendijas, ya que las mismas poseen bordes.

Observa los siguientes enlaces:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu...t/mulslid.html

https://www.unirioja.es/dptos/dq/fa/...lia/node3.html

En las imágenes anteriores se observa que el diagrama de intensidad es en una dimensión, pero la difracción produce un patrón en el plano.

Observa la siguente imagen, es el patrón de difracción de una única rendija rectangular. Vemos pues como se corresponden las imágenes de difracción de una rendija, donde tenemos franjas perpendiculares y con 2 rendijas donde tenemos 2 (lo que tu crees que es debido al comportamiento corpuscular de la radiación).



Si agregamos otra rendija, ambas generan un patrón de difracción pero el mismo es modulado por la interferencia de los diferentes caminos ópticos.

Si quisieras obtener un patrón de interferencia pura, no utilices rendijas para obtener 2 ondas a partir del un frente de onda. Lamentablemente eso es muy dificil de lograr en la práctica ya que las fuentes de radiación deben ser coherentes y poseer diferentes caminos ópticos a lo largo de la pantalla.

La diferencia entre tu experimento y el que intentaste seguir (en el cual también se observa al patrón de difracción de cada rendija), es que ha seguido un caso más ideal. Es decir, rendijas más perfectas e iguales (tratando de que tenga el mismo ancho y altura lo mejor posible, en caso contrario la modulación sería diferente), y las consideraciones básicas de distancia entre rendija a la pantalla. A su vez, intenta que el frente del laser, no incida sobre los bordes superiores e inferiores de las rendijas, es decir, que la difracción se produzca en los bordes laterales de la rendijas reduciendo así la contribución en altura del patrón.

[Richard R Richard]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Parece ser que en la misma foto aparecen reflejados los dos comportamientos de la luz: como onda y como partícula.

Bueno queda claro que el máximo central se dispersó por las rugosidades de las paredes cuasi circulares del grafito, pero porque dices que ves el efecto de las Luz como partícula?

[Doctor J]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Gracias por las indicaciones, Julian. He vuelto a construir las dos rendijas teniendo en cuenta todo lo que me decías. Aunque las nuevas proyecciones que he obtenido todavía son muy mejorables creo que me he aproximado a un mejor resultado:


La imagen tiene similitudes con la que figura en uno de los enlaces que me indicabas (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.../dslit.html#c1):


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Bueno queda claro que el máximo central se dispersó por las rugosidades de las paredes cuasi circulares del grafito, pero porque dices que ves el efecto de las Luz como partícula?

Creía que las dos líneas paralelas que me salían al principio se correspondían al comportamiento como partículas de los fotones igual que en el experimento de la doble rendija que se hace con electrones.

[carroza]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Enhorabuena, DoctorJ.

Has mostrado muy bien el efecto de la difracción (single slit), y el efecto de la interferencia (double slit). Podrías relacionar las distancias que aparecen en tu patron de single slit con el hueco entre los grafitos (difracción), y las distancias debidas a la interferencia de tu patrón de double slit con la distancia entre dos rendijas de grafito (interferencia), ambas junto con la longitud de onda del laser.

Todos estos son efectos ondulatorios. para ver efectos cuánticos, corpusculares, tendrías que extraer electrones con esta radiación, y ver el efecto fotoeléctrico.

Da gusto ver por estos lares personas que se curran un experimento.

Un saludo

[Julián]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Exelente.

Si aumentas la distancia entre la pantalla y las rendijas se verá más pronunciado el efecto de la interferencia ya que los máximos se alejarán entre ellos (siempre condierando que los máximos y mínimos de la interferencia estarán modulando el patrón de la difracción) y el máximo del patrón de difracción se ensanchará, ya que en la difracción surge una apertura angular de la onda.

Es decir, veo en la imagen que adjuntaste que el máximo central del patrón de difracción tiene mucha intensidad, si alejas las rendijas de la pantalla, la intensidad disminuirá y por lo tanto será más perceptibles los patrones de interferencia, además, estarán más espaciados. A su vez el segundo, tercer, .... maximo de la difracción serán mucho más débiles y podrás centrarte en solamente en la interferencia sobre el primer máximo (máximo central).

Mira esta imagen, de un ejercicio que realicé en mi momento: https://imgur.com/a/UW0KAGk

Vemos solamente el patrón de interferencia en el primer máximo de difracción, ya que la distancia de las rendijas a la pantalla es 4 metros. A su vez el tamaño de la rendijas es 0.277 mm y la longitud de onda 530.3 nm

Si quisieras obtener un patrón de interferencia pura, no utilices rendijas para obtener 2 ondas a partir del un frente de onda. Lamentablemente eso es muy dificil de lograr en la práctica ya que las fuentes de radiación deben ser coherentes y poseer diferentes caminos ópticos a lo largo de la pantalla.

Agrego que también para obtener un patrón de interferencia pura es posible realizarlo si las rendijas tienen una anchura cercana a la longitud de onda del laser (Sección 42-5, "Combinación de interferencia y difracción de rendija doble", del libro de física de Resnick, tomo 2, 5a edición). Esto es debido a que si la longitud de la rendija es igual a la longitud de onda, el máximo central abarcará toda la pantalla. Ya que el primer mínimo será en 90º, es decir, el infinito:

$a sin (\theta)= m \lambda$ y si $a = \lambda$, entonces el primer mínimo ($m=1$) será en 90º, quedándo el máximo central en toda la pantalla y eso implica que solo tendrías el patrón modulado por la interferencia en toda la pantalla.

Está bien explicado con imágenes en la figura 42-18 de la 5º edición del libro que te menciono.

Eso si, también es dificil obtener un ancho de rendija igual (o un poco mayor) a la longitud de onda. (650 nm)

[Doctor J]

Re: Experimento de la doble rendija con resultado inesperado ¿Cómo interpretar la observación?

Gracias por tus comentarios, Carroza. Me animan a seguir haciendo experimentos.

Tendré en cuenta tus observaciones si hago una nueva versión del experimento para mejorar el resultado.

Un cordial saludo.

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Muchas gracias Julián.

Los detalles que me comentas me serán de gran ayuda si hago una nueva versión del experimento para mejorarlo. La concreción y la calidad de los datos que me aportas, hará sin duda que obtenga mejores resultados. En caso de que realice de nuevo el experimento, pondré por aquí los resultados.

Un cordial saludo.