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¿Qué estoy viendo?

Qué estás viendo

Luz de un láser verde atraviesa dos rendijas estrechas y llega a una pantalla a 1 m, fotón a fotón. Cada fotón deja un punto en un sitio al azar. Miles de puntos forman bandas claras y oscuras, las franjas, y el histograma bajo la pantalla se llena hasta la curva que predice el modelo. Enciende el detector de camino y las franjas desaparecen.

Controles

En este dispositivo:

Ratón

  • Haz clic en 10, 100, 1000 o 10 000 para poner de golpe esa cantidad de fotones en la pantalla.
  • Repetir vuelve a empezar la acumulación: los fotones llegan de uno en uno, luego más deprisa, hasta 10 000. La versión por pasos no tiene Repetir.
  • Disparar uno añade un fotón, Disparar 100 añade cien y Borrar vacía la pantalla.
  • Arrastra el control de Separación de rendijas para separarlas entre 50 y 500 µm.
  • Haz clic en Detector de camino para encenderlo o apagarlo.
  • Haz clic en la etiqueta de fuente junto a Energía del fotón para ver de dónde salen las constantes.

Teclado

  • Tab recorre los botones de fotones, Disparar uno, Disparar 100, Borrar, el detector y el control deslizante.
  • Intro o la barra espaciadora pulsan el botón que tiene el foco.
  • En el control deslizante, las flechas mueven las rendijas de 5 en 5 µm; Inicio y Fin saltan a 50 y 500 µm.
  • La pantalla y el histograma llevan una descripción en texto con el número de fotones y la distancia entre franjas, para lectores de pantalla.
  • H o ? abre este panel. Esc lo cierra.
Otros dispositivos

Táctil

  • Toca 10, 100, 1000 o 10 000 para poner de golpe esa cantidad de fotones en la pantalla.
  • Toca Repetir para ver otra vez la acumulación desde un solo fotón.
  • Toca Disparar uno, Disparar 100 o Borrar para añadir fotones a mano o empezar de cero.
  • Arrastra con un dedo el control de Separación de rendijas.
  • Toca Detector de camino para encenderlo o apagarlo.
  • Toca la etiqueta de fuente junto a Energía del fotón para ver de dónde salen las constantes.

Gafas y AR

  • Con un visor de RV, Entrar en RV te mete en el laboratorio: las rendijas en un banco a la altura de la cintura y una pantalla de 2,4 m a 3 m de ellas.
  • Apunta con un mando y aprieta el gatillo, o apunta con la mano y pellizca, para pulsar un botón del panel.
  • El panel dispara uno, 100 o los 10 000 fotones, borra la pantalla, junta o separa las rendijas 25 µm y enciende el detector.
  • Apunta al suelo y pulsa para teletransportarte; el joystick derecho te gira de 30° en 30°.
  • En RA, apunta a una mesa hasta que aparezca un anillo y toca la pantalla (móvil) o aprieta el gatillo o pellizca (visor) para colocar una maqueta a escala 1:10.
  • En el móvil, arrastra con un dedo para mover la maqueta y pellizca con dos para cambiar su tamaño. En un visor, usa Colocar de nuevo, Más pequeño y Más grande en el panel.
  • La primera sesión en RV y en RA abre una breve introducción que enseña estos controles paso a paso; Controles, en el panel, la vuelve a abrir.

Glosario

Fotón
La cantidad más pequeña de luz que existe. Cada fotón llega a un solo punto de la pantalla, nunca repartido, y el punto donde cae es al azar.
Por qué importa El patrón solo aparece cuando han llegado muchos fotones: es un patrón de probabilidades.
Fotones en la pantalla
Cuántos fotones han llegado hasta ahora, hasta 10 000. Los mismos fotones caen en los mismos sitios en cada visita.
Pantalla: impactos de fotones
La banda oscura de arriba. Cada punto es un fotón donde chocó con la pantalla. Mientras haya menos de 1000, un anillo blanco señala el último.
Posición en la pantalla (mm)
Distancia a lo ancho de la pantalla desde el punto que queda justo detrás del centro de las dos rendijas, en milímetros. La vista muestra 40 mm a cada lado.
Impactos
Las barras bajo la pantalla: cuántos fotones cayeron en cada franja estrecha de ella. Una barra llena hasta lo que le toca llega a la curva de predicción.
Predicción
La curva continua: la probabilidad, según el modelo, de que un fotón caiga en cada punto de la pantalla. No necesita fotones; los impactos crecen hasta ella.
Por qué importa Comparar las barras con la curva es la forma de poner a prueba el modelo.
Interferencia
Lo que pasa cuando dos ondas se encuentran. Donde van a la par se suman y dan luz; donde una sube y la otra baja se anulan y dan oscuridad.
Franjas
Las bandas claras y oscuras de la pantalla. Las claras están donde las ondas de las dos rendijas llegan a la par; las oscuras, donde se anulan.
Distancia entre franjas
Distancia entre los centros de dos franjas claras vecinas: Δy = λL/d. Con 100 µm es de 5,32 mm. Con el detector encendido pone Sin franjas.
Por qué importa Si juntas las rendijas, las franjas se separan; si las separas, se apiñan.
Separación de rendijas
Distancia d del centro de una rendija al centro de la otra, de 50 a 500 µm. Un micrómetro (µm) es la milésima parte de un milímetro.
Ancho de rendija
Lo ancha que es cada rendija: aquí 20 µm, fijo. Cada rendija sola reparte la luz en una banda ancha de unos 27 mm a cada lado del centro.
Por qué importa Esa banda es el contorno dentro del que caben las franjas, por eso se apagan hacia los bordes.
Longitud de onda
Distancia λ de una cresta de la onda de luz a la siguiente: 532 nm, el verde de un puntero láser. Un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro.
Energía del fotón
La energía que lleva un fotón, E = hc/λ: 2,33 eV para luz de 532 nm. Las constantes h, c y e son de CODATA 2022; la etiqueta muestra la fuente.
Distancia a la pantalla
Distancia L de las rendijas a la pantalla: 1,0 m. Con la pantalla más lejos, las franjas quedarían más separadas.
ψ₁, ψ₂
Las amplitudes de onda de que un fotón llegue a un punto por la rendija 1 o por la rendija 2. Pueden ser positivas o negativas, así que dos de ellas pueden anularse.
|ψ₁ + ψ₂|²
La probabilidad de un impacto cuando nada registra la rendija: primero se suman las dos amplitudes y luego se eleva al cuadrado. Al anularse salen las franjas oscuras.
|ψ₁|² + |ψ₂|²
La probabilidad de un impacto cuando el detector registra la rendija: cada amplitud se eleva al cuadrado y luego se suman. Nada se anula, así que la luz cae en una sola banda ancha.
Detector de camino
Un detector que registra por qué rendija pasa cada fotón. Encendido, las franjas desaparecen, la misma cantidad de luz cae en una banda ancha y la separación de las rendijas ya no importa.
Por qué importa Saber el camino y ver interferencia no pueden darse a la vez.
Sin detector
La curva discontinua tenue que aparece con el detector encendido: la predicción con el detector apagado, para comparar.
Escala
En RA, el tamaño de la maqueta frente al banco real. Empieza en 1:10, unos 28 por 40 cm, y va de 1:40 a 1:1.

Toda la ayuda y las preguntas

Doble rendija

Dispara fotones de uno en uno por dos rendijas y mira cómo se forman las franjas. Enciende un detector de camino y desaparecen.

Fotones en la pantalla1

Cada punto es un fotón. Cada uno llega a un solo punto al azar, pero juntos llenan el histograma de abajo hasta la curva que predice el modelo.

Nada registra por qué rendija pasa cada fotón, así que los dos caminos se suman como ondas, |ψ₁ + ψ₂|², y se anulan en las franjas oscuras.

Distancia entre franjas
5,32 mm
Longitud de onda
532 nm
Energía del fotón
2,33 eV
Ancho de rendija
20 µm
Distancia a la pantalla
1,0 m

Fuentes

Pruebas de física

  • La intensidad es cos²(πd senθ/λ)·sinc²(πa senθ/λ): máximo central 1, ceros en d senθ = (m+½)λ y a senθ = mλ.
  • Con el detector de camino, la densidad es la suma incoherente |ψ₁|² + |ψ₂|² = ½·sinc²: las franjas oscuras se llenan, la separación d no influye y la luz total no cambia.
  • Impactos individuales al azar, de 1000 a 100 000, reproducen la densidad analítica en una prueba χ² (p > 0,001), con y sin detector; con 10 000 descartan el otro patrón.
  • La energía de un fotón es E = hc/λ con h, c y e de CODATA 2022: 2,33 eV para 532 nm.

Cada versión se publica solo si estas pruebas pasan.