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Cosa sto guardando?

Cosa stai guardando

La luce di un laser verde attraversa due fenditure strette e arriva su uno schermo a 1 m, un fotone alla volta. Ogni fotone lascia un punto in un posto a caso. Migliaia di punti formano bande chiare e scure, le frange, e l'istogramma sotto lo schermo si riempie fino alla curva che il modello prevede. Accendi il rivelatore di percorso e le frange spariscono.

Comandi

Su questo dispositivo:

Mouse

  • Fai clic su 10, 100, 1000 o 10 000 per mettere subito quel numero di fotoni sullo schermo.
  • Ripeti fa ripartire l'accumulo: i fotoni arrivano uno alla volta, poi più in fretta, fino a 10 000. La versione a passi non ha Ripeti.
  • Spara uno aggiunge un fotone, Spara 100 ne aggiunge cento, Cancella svuota lo schermo.
  • Trascina il cursore Distanza tra le fenditure per portarle tra 50 e 500 µm.
  • Fai clic su Rivelatore di percorso per accenderlo o spegnerlo.
  • Fai clic sull'etichetta della fonte accanto a Energia del fotone per vedere da dove vengono le costanti.

Tastiera

  • Tab passa tra i pulsanti dei fotoni, Spara uno, Spara 100, Cancella, il rivelatore e il cursore.
  • Invio o la barra spaziatrice premono il pulsante attivo.
  • Sul cursore, le frecce spostano le fenditure di 5 µm alla volta; Home e Fine saltano a 50 e 500 µm.
  • Lo schermo e l'istogramma hanno una descrizione testuale con il numero di fotoni e la distanza tra le frange, per i lettori di schermo.
  • H o ? apre questo pannello. Esc lo chiude.
Altri dispositivi

Touch

  • Tocca 10, 100, 1000 o 10 000 per mettere subito quel numero di fotoni sullo schermo.
  • Tocca Ripeti per rivedere l'accumulo da un solo fotone.
  • Tocca Spara uno, Spara 100 o Cancella per aggiungere fotoni a mano o ricominciare.
  • Trascina con un dito il cursore Distanza tra le fenditure.
  • Tocca Rivelatore di percorso per accenderlo o spegnerlo.
  • Tocca l'etichetta della fonte accanto a Energia del fotone per vedere da dove vengono le costanti.

Visore e AR

  • Con un visore VR, Entra in VR ti porta nel laboratorio: le fenditure su un banco all'altezza della vita e uno schermo di 2,4 m a 3 m da loro.
  • Punta un controller e premi il grilletto, oppure punta la mano e pizzica, per premere un pulsante del pannello.
  • Il pannello spara uno, 100 o tutti i 10 000 fotoni, cancella lo schermo, avvicina o allontana le fenditure di 25 µm e accende il rivelatore.
  • Punta al pavimento e premi per teletrasportarti; la levetta destra ti gira di 30° alla volta.
  • In RA, punta a un tavolo finché compare un anello, poi tocca lo schermo (telefono) o premi il grilletto o pizzica (visore) per posare un modello in scala 1:10.
  • Sul telefono, trascina con un dito per spostare il modello e pizzica con due dita per ridimensionarlo. Su un visore, usa Riposiziona, Più piccolo e Più grande sul pannello.
  • La prima sessione in VR e in RA apre una breve introduzione che insegna questi comandi passo per passo; Comandi, sul pannello, la riapre.

Glossario

Fotone
La più piccola quantità di luce che esista. Ogni fotone arriva in un solo punto dello schermo, mai sparso, e il punto in cui cade è casuale.
Perché conta La figura compare solo dopo molti fotoni: è una figura di probabilità.
Fotoni sullo schermo
Quanti fotoni sono arrivati finora, fino a 10 000. Gli stessi fotoni cadono negli stessi punti a ogni visita.
Schermo: impatti dei fotoni
La banda scura in alto. Ogni punto è un fotone dove ha colpito lo schermo. Finché sono meno di 1000, un anello bianco segna l'ultimo.
Posizione sullo schermo (mm)
Distanza lungo lo schermo dal punto che sta proprio dietro il centro delle due fenditure, in millimetri. La vista mostra 40 mm per lato.
Impatti
Le barre sotto lo schermo: quanti fotoni sono caduti in ogni striscia stretta. Una barra piena fino alla sua quota tocca la curva della previsione.
Previsione
La curva continua: la probabilità, secondo il modello, che un fotone cada in ogni punto dello schermo. Non le servono fotoni; gli impatti crescono fino a lei.
Perché conta Confrontare le barre con la curva è il modo di mettere alla prova il modello.
Interferenza
Quello che succede quando due onde si incontrano. Dove vanno al passo si sommano e fanno luce; dove una sale e l'altra scende si annullano e fanno buio.
Frange
Le bande chiare e scure sullo schermo. Le chiare stanno dove le onde delle due fenditure arrivano al passo, le scure dove si annullano.
Distanza tra le frange
Distanza tra i centri di due frange chiare vicine: Δy = λL/d. A 100 µm è 5,32 mm. Con il rivelatore acceso compare Nessuna frangia.
Perché conta Avvicina le fenditure e le frange si allargano; allontanale e si stringono.
Distanza tra le fenditure
Distanza d dal centro di una fenditura al centro dell'altra, da 50 a 500 µm. Un micrometro (µm) è un millesimo di millimetro.
Larghezza fenditura
Quanto è larga ogni fenditura: qui 20 µm, fissa. Da sola, ogni fenditura sparge la luce in una banda larga circa 27 mm per lato dal centro.
Perché conta Quella banda è il contorno in cui stanno le frange, per questo si affievoliscono verso i bordi.
Lunghezza d'onda
Distanza λ da una cresta dell'onda di luce alla successiva: 532 nm, il verde di un puntatore laser. Un nanometro è un milionesimo di millimetro.
Energia del fotone
L'energia di un fotone, E = hc/λ: 2,33 eV per luce a 532 nm. Le costanti h, c ed e vengono da CODATA 2022; l'etichetta mostra la fonte.
Distanza dello schermo
Distanza L dalle fenditure allo schermo: 1,0 m. Con lo schermo più lontano le frange sarebbero più distanziate.
ψ₁, ψ₂
Le ampiezze d'onda perché un fotone arrivi in un punto passando dalla fenditura 1 o dalla fenditura 2. Possono essere positive o negative, quindi due di esse possono annullarsi.
|ψ₁ + ψ₂|²
La probabilità di un impatto quando niente registra la fenditura: prima si sommano le due ampiezze, poi si eleva al quadrato. L'annullarsi dà le frange scure.
|ψ₁|² + |ψ₂|²
La probabilità di un impatto quando il rivelatore registra la fenditura: si eleva al quadrato ogni ampiezza, poi si sommano. Niente si annulla, quindi la luce cade in un'unica banda larga.
Rivelatore di percorso
Un rivelatore che registra da quale fenditura passa ogni fotone. Acceso, le frange spariscono, la stessa quantità di luce cade in un'unica banda larga e la distanza tra le fenditure non conta più.
Perché conta Conoscere il percorso e vedere l'interferenza non possono succedere insieme.
Senza rivelatore
La curva tratteggiata tenue che compare con il rivelatore acceso: la previsione con il rivelatore spento, tenuta per confronto.
Scala
In RA, la dimensione del modello rispetto al banco vero. Parte da 1:10, circa 28 per 40 cm, e va da 1:40 a 1:1.

Tutto l'aiuto e le domande

Doppia fenditura

Spara fotoni uno alla volta attraverso due fenditure e guarda formarsi le frange. Accendi un rivelatore di percorso e spariscono.

Fotoni sullo schermo1

Ogni punto è un fotone. Ognuno arriva in un solo punto a caso, ma insieme riempiono l'istogramma qui sotto fino alla curva che il modello prevede.

Niente registra da quale fenditura passa ogni fotone, quindi i due percorsi si sommano come onde, |ψ₁ + ψ₂|², e si annullano nelle frange scure.

Distanza tra le frange
5,32 mm
Lunghezza d'onda
532 nm
Energia del fotone
2,33 eV
Larghezza fenditura
20 µm
Distanza dello schermo
1,0 m

Fonti

Verifiche di fisica

  • L'intensità è cos²(πd sinθ/λ)·sinc²(πa sinθ/λ): massimo centrale 1, zeri a d sinθ = (m+½)λ e a sinθ = mλ.
  • Con il rivelatore di percorso la densità è la somma incoerente |ψ₁|² + |ψ₂|² = ½·sinc²: le frange scure si riempiono, la distanza d non conta e la luce totale non cambia.
  • Impatti singoli a caso, da 1000 a 100 000, riproducono la densità analitica in un test χ² (p > 0,001), con e senza rivelatore; a 10 000 escludono l'altra figura.
  • L'energia di un fotone è E = hc/λ con h, c ed e da CODATA 2022: 2,33 eV a 532 nm.

Una versione esce solo se queste verifiche passano.