Kaksikpilu katse ning kvantfüüsikas üldse üheks suurimaks müsteeriumiks on fakt, et elektronid käituvad teisiti kui katset otseselt jälgida. Kahe piluga takistusest läbi liikuvad elektronid tekitavad interferentismustri, kuid lisades katsesse detektori, mis jälgib, kumma pilu elektron läbib, muster kaob. Töötades uue detektoriga välja kaksikpilu katse modifitseeritud variandi, leidsid uurimuse läbi viinud Itaalia teadlased vihje miks elektronid vaatluse korral teisiti käituvad.
Kui paremale pilule oli asetatud filter, hajusid elektronid suurema tõenäosusega mitteelastselt ning käitusid sfäärilise lainena. Katmata pilust läbi läinud elektronid hajusid suurema tõenäosusega elastselt ning käitusid silindrilise lainena. Kahel erineval lainel ei olnud faasiseost, seega, isegi kui elektronid läbisid mõlemat pilu, ei saanud nad tekitada interferentsimustrit. Pilt: Frabboni, et al. ©2011 American Institute of Physics
Ühe kuulsaima kvantfüüsika eksperimendina demonstreerib kaksikpilu katse kvantmaailma tohutut erinevust tavamaailmast. Kui kahe piluga takistusest tulistada läbi makroskaalas objekte, liiguvad need otse läbi pilude ning jätavad takistuse taga olevale seinale kaks sirget joont. Kui makroskaalas objektide abil kasutada aga elektrone, ei jää seinale aga mitte kaks sirget joont vaid hoopiski mitme joonega interferentsmuster. Et interferentsmuster tekib ka siis, kui elektrone tulistada ükshaaval, näib eksperiment vihjavat, et elektron justkui liigub läbi kahe ava korraga ning interfereerub iseendaga, justkui oleks ta laine mitte osake, kirjutab Physorg.com.
Kaksikpilu katse teine ebatavaline osa on fakt, et elektronid lõpetavad interferentsmustri tekitamise, kui teadlased seavad ühe pilu äärde detektori, mille abil jälgida, kummast pilust elektron tegelikult läbi läheb. Sellistel tingimustel tekitavad elektronid seinale aga lihtsalt kaks sirget joont, justkui oleksid nad makroskaalas objektid.
Läbi aastate on teadlased demonstreerinud kaksikpilu katse erinevaid versioone. Uues uurimuses esitasid Itaalia füüsikud Stefano Frabboni, Gian Carlo Gazzadi ning Giulio Pozzi transmissioon-elektronmikriskoopi kasutades selle katse järjekordse versiooni.
,,Üritasime paari eelneva aasta jooksul kasutada ära oma kogemusi transmissioon-elektronmikroskoopias ning keskendusime ioonkiire katse ettevalmistamisele, kuid mõistsime, et mõned põhikatsed olid seotud mõningate kvantmehaanika müsteeriumitega,” selgitas Frabboni.
Kõigepealt lõikasid teadlased fokusseeritud ioonkiire abil takistusse kaks pilu. Seejärel modifitseeriti neist ühte, kattes selle väikse aatomnumbriga materjalist valmistatud mitmekihilise filtriga, saades nii detektori, mis detekteeris, kumba pilu elektron läbis.
Kuigi (ükshaaval tulistatud)elektronid said ikkagi filtrist läbi minna, põhjustas filter rohkemate elektronide mitteelastse hajumise. Mitteelastselt hajuv elektron lokaliseerus kaetud pilu juures ning käitub pilu läbides justkui sfääriline laine. Katmata pilu läbiv elektron hajub suurema tõenäosusega elastselt ning käitub pilu läbides silindrilise lainena. Sfäärilisel ja silindrilisel laine faasid pole omavahel mingis seoses, mis tähendab, et isegi kui elektron ka läbib mõlemad pilud, ei saa kaks erinevat tekkinud lainet seinale interferentsmustrit tekitada.
Samuti leidsid teadlased, et filtri paksus pani paika interferentsimustri väljanägemise: mida paksem filter, seda suurem oli tõenäosus mitteelastseks hajumiseks – seega tekkis ka vähem interfereerumist. Filtri sai valmistada ka nii paksu, et interferents kadus pea täielikult.
,,Kui elektron hajub mitteelastselt, on see lokaliseeritud – selle lainefunktsioon kollapseerub ning pärast mõõtmisakti levib see interaktsioonialast edasi justkui sfääriline laine, omamata mingit faasiseost teiste elastselt või mitteelastselt hajunud elektronidega,” kirjeldas Frabboni mitteelastset hajumist.
Teises, sõltumatus eksperimendis katsid teadlased takistuse mõlemad pilud, et näha, kas kaks sfäärilist lainet tekitavad seinale interferentsmustri. Leiti, et vähese mitteelastse intensiivsusega ei tekkinud mingeid ribasid. Vähese intensiivsusega ribad tekkisid aga uuesti, kui saadi elastne kujutis.
Kokkuvõttes paistavad tulemused ütlevat, et elektronide hajumise tüüp määrab ära jälje, mis takistuse taga olevale seinale tekib ning et detektor ühe pilu juures võib muuta hajumise tüüpi. Füüsikud selgitasid, et interferentsimustri tekitavad elastselt hajunud elektronid, mitteelastselt hajunud elektronid interferentsiprotsessi tekkimisele kaasa aga ei aita.
Teadusartikkel “Ion and electron beam nanofabrication of the which-way double-slit experiment in a transmission electron microscope”
Leave a Reply