SIMULAZIONE – Interferenza quantistica Nome e cognome: Classe: Data: INTRODUZIONE: Interferenza quantistica Con questa simulazione è possibile studiare il comportamento ondulatorio delle particelle (fotoni, elettroni, neutroni o atomi d'elio) attraverso esperimenti d'interferenza. SPERIMENTIAMO Nella finestra “Interferenza di onde ad alta intensità”, accendi il laser e osserva la figura sullo schermo. 1. Fai delle prove con le varie opzioni della simulazione: puoi modificare l'intensità della radiazione e la lunghezza d'onda, e visualizzare il campo elettrico. Utilizza l'opzione “cattura schermo” per scattare un'istantanea: cosa osservi sullo schermo? 2. Seleziona l'opzione che ti permette di visualizzare sulla lastra l'accumulo di elettroni (invece che l'intensità media). In che modo viene impressionato lo schermo: in maniera continua o “corpuscolare”? Utilizza il “cattura schermo” per scattare un'istantanea dello schermo: cosa osservi? 3. Inserisci due “fenditure di collimazione”. Cosa osservi sullo schermo? La luce raggiunge anche le regioni “in ombra” oltre le fenditure? La distribuzione di luce sullo schermo è continua o ci sono massimi e minimi di luce? Confronta lo schermo nelle due modalità di “intensità media” e “accumulo di elettroni”. Le frange d'interferenza sono le stesse? 4. Modifica la lunghezza d'onda della radiazione e scatta varie istantanee delle frange d'interferenza sullo schermo, per vari colori della radiazione. Come cambia la figura d'interferenza? Puoi utilizzare il righello per misurare la distanza fra i minimi e i massimi di luce. 5. Come cambia la figura d'interferenza sullo schermo se modifichi l'ampiezza delle fenditure? E se aumenti la distanza fra le fenditure? E se le avvicini o le allontani dallo schermo? Utilizza il “cattura schermo” per scattare delle istantanee da confrontare.
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6. Ripeti le osservazioni dei punti precedenti utilizzando fasci di elettroni, neutroni e atomi di elio. Anche in questo caso osservi le frange d'interferenza? Considera ora la finestra “Interferenza di singole particelle”. Seleziona l'opzione “Laser a ripetizione automatica” e accendi la pistola laser. 1. In che modo viene impressionato lo schermo? Le particelle arrivano sullo schermo sempre nella stessa posizione? 2. Inserisci due fenditure. Come si comporta la particella davanti alle fenditure? Essa passa dalla fenditura di destra o di sinistra? Come si comporta sullo schermo? Osservi anche in questo caso una figura d'interferenza? Perché? 3. Aggiungi un rilevatore, e posizionalo sulla fenditura di sinistra. Ripeti le osservazioni del punto precedente, ma questa volta con il rilevatore, che ti permetterà di stabilire da quale fenditura passa la particella. Il comportamento della particella viene modificato dalla presenza del rilevatore? Aggiungi ed elimina il rilevatore e osserva cosa succede. 4. Ripeti le osservazioni dei punti precedenti utilizzando neutroni, fotoni e atomi di elio. Considera infine la finestra “Esperimento di Mandel”, che ti permette di studiare l'interferenza fra fotoni provenienti da due laser indipendenti. Attiva i due raggi laser contemporaneamente. 1. Modifica la lunghezza d'onda del secondo laser fino a ottenere sullo schermo una figura d'interferenza. Quale colore hai dovuto selezionare? PREVEDIAMO Rispondi alle seguenti domande senza utilizzare la simulazione. Verifica poi le tue previsioni facendo gli opportuni esperimenti con la simulazione. 1. Le frange d'interferenza prodotte in un esperimento di doppia fenditura da una luce rossa sono uguali a quelle prodotte da una luce verde o blu? Come cambia la distanza fra le frange d'interferenza? 2. La luce è un'onda o una particella? E la materia? Quali situazioni sperimentali evidenziano il comportamento ondulatorio della materia? Copyright 2012 Zanichelli editore S.p.A., Bologna [6161] Questo file è un’estensione online del corso Romeni, Fisica e realtà Zanichelli 2012
3. “Secondo la meccanica quantistica, le misurazioni alterano lo stato del sistema fisico osservato.“ Sai immaginare un esperimento d'interferenza quantistica a supporto di quest'affermazione? 4. Un singolo fotone produce interferenza? Con chi, con sé stesso? E un singolo elettrone? 5. Solitamente si studiano le figure d'interferenza dei fotoni emessi da un laser e incidenti su una doppia fenditura. I fotoni provenienti da due laser diversi possono dar luogo a figure d'interferenza?
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