Intenté hacer el experimento de la doble rendija, fallé. ¿Por qué?

Question

Intenté, y fracasé, hacer el experimento de la doble rendija. Pensé que tenía un buen montaje del experimento, pero obviamente me equivoqué. ¿Alguien puede ofrecer alguna idea de lo que podría haber hecho mal? La mayor parte de esto se hizo utilizando un vago recuerdo de los experimentos en la escuela secundaria, por lo que podría haber un mejor enfoque.

He buscado entre las preguntas anteriores. Esta pregunta era lo más parecido a lo que pretendo, pero hay diferencias significativas y no iluminó mi situación particular.

Preparado:

Utilicé varios punteros láser como fuente de luz, tanto rojos como verdes. Un puntero láser fue construido en casa utilizando un diodo láser rojo (200-250 mW) de una grabadora de DVD que pasaba por una lente ajustable.

Las hendiduras se hicieron depositando hollín de una vela en un portaobjetos de microscopio y luego "cortando" hendiduras en el hollín con cuchillas de afeitar. Se juntaron dos cuchillas y se "cortaron" las hendiduras al mismo tiempo con un solo movimiento de las cuchillas. Al principio utilicé cuchillas de afeitar de doble filo, pero las cuchillas eran demasiado finas y sólo se hacía una hendidura en el hollín. Cambié a las cuchillas X-Acto, que hacían dos hendiduras con una separación aproximada de 0,5 a 0,8 mm. No lo he medido, sino que lo he calculado a ojo. Hice tanto una hendidura simple como una hendidura doble.

He variado la distancia del láser a la hendidura, desde centímetros hasta 6 metros. La distancia del portaobjetos a la pared fue variada, de pulgadas a 8 pies.

Resultados:

Nunca vi claramente un patrón de interferencia. Vi cosas que probablemente eran algún tipo de patrón de interferencia, pero no había consistencia. Un experimento mostraba un patrón de líneas con una separación de unos 2 cm, mientras que con sólo cambiar la "calidad" de la rendija el patrón cambiaba a una separación de unos 0,25 cm (sin cambiar las distancias láser/rendija/pared).

También esperaba una diferencia entre la rendija simple y la doble, pero no fue así. La variación de los patrones observados para una rendija simple era similar a la que vi con la rendija doble.

Cuando la distancia entre el láser y la hendidura era de 6 metros, y la distancia entre la hendidura y la pared era de centímetros, podía ver claramente una impresión de las hendiduras en la pared sin ningún indicio de un patrón de interferencia.

Otras notas del experimento:

El hollín era sorprendentemente difícil de meter en la raja. Si el hollín se hacía lo suficientemente grueso como para bloquear toda la luz, los bordes de la hendidura eran irregulares y la anchura de cada hendidura no era consistente. Si el hollín era más fino, la hendidura era más suave y consistente, pero había algunas fugas de luz en las zonas que deberían ser negras.

Preguntas:

¿Es el "hollín en un portaobjetos" un método válido para hacer las hendiduras?

¿Es el puntero láser con lente ajustable una fuente de luz adecuada?

¿Debo esperar ver un patrón de difracción sólo con la doble rendija, y no con una sola?

¿Ves alguna otra mejora que pueda hacer a este experimento?

Answer 1

Parece que el rayo láser era demasiado estrecho para pasar por ambas rendijas.

Este video muestra el uso de pelo en lugar de dos rendijas. Eso le da un patrón de interferencia más estable.

Tuve el mismo problema que tú con el hollín, así que utilicé una hoja de papel de aluminio con dos cortes hechos con un cuchillo, pero eso sigue sin permitir el bonito cálculo que se muestra en ese vídeo.

Answer 2

Aquí hay un tutorial útil para comparar con su intento. (Estoy seguro de que vi esto en Física SE pero no puedo encontrarlo ahora).

http://www.youtube.com/watch?v=UANVMIajqlA

Hace un tiempo utilicé este método y pude obtener resultados. Utiliza una mina de lápiz mecánico y un láser de venta libre, lo que lo convierte en un experimento muy barato. Vamos a comparar los parámetros de los experimentos.

• Distancia de separación entre hendiduras: 0,5 mm por la fabricación del plomo / 0,5-0,8 mm por el suyo
• Entre las rendijas y la pared: aproximadamente 1 m para el vídeo / pulgadas a 8 pies para el suyo
• Tamaño de la hendidura: aproximadamente 0,5 mm con el plomo / desconocido para el suyo
• Entre los láseres y la hendidura: aproximadamente 1 pie para el vídeo / pulgadas a 20 pies para el suyo
• potencia del láser: 5 mW para lo que yo hice / 200-250 mW para el tuyo

Desde el punto de vista de los números, no había ninguna diferencia material entre tu método y el de la mina de lápiz, con la excepción, posiblemente, de la potencia del láser. Está un poco más allá de mi conocimiento si eso podría ser un factor o no. Personalmente, probaría con un láser barato de 5 mW sólo para ver porque es barato. Siempre he pensado que un láser más potente daría mejores resultados, por la simple razón de que tendrás mayor intensidad, pensé que sería divertido probar esto con algunos Wicked Lasers . Una cosa que he notado es que incluso si usted compra un láser extremadamente caro de 1 W, usted realmente no consigue un mejor Valor M^2 . En otras palabras, son más potentes pero no más coherentes que las baratas. Mi creencia (no fundamentada) es que minimizar el valor de M^2 sería ideal para hacer el experimento de la doble rendija. No tengo ni idea de la calidad de tu láser, pero quizá quieras investigarlo.

También esperaba una diferencia entre la rendija simple y la doble, pero no fue así. La variación de los patrones observados para una rendija simple era similar a la que vi con la rendija doble.

No, deberías ver el patrón para la hendidura simple también, aunque, debería decir que depende. Considere el ejemplo (de otra respuesta) de brillar un láser en un cabello. En ese caso, tienes dos "rendijas" en el sentido de que el láser puede viajar a la derecha o a la izquierda del objeto. Lo mismo se observa en el vídeo al que he hecho referencia aquí.

Esto hace que el experimento sea mucho más complicado. No importa que hayas hecho dos rendijas cuidadosamente construidas si todavía hay espacio para que el láser lo rodee. ¿Qué anchura tiene el rayo láser y qué distancia bloquea la luz a la izquierda y a la derecha de las dos rendijas? En el experimento clásico de la doble rendija, las rendijas son muy pequeñas, de forma que se crea una propagación de frente de onda totalmente no direccional. Creo que de ahí se obtienen esos experimentos sin una zona central manchada por el brillo directo. Ciertamente, no hacemos las rendijas de una anchura comparable a la longitud de onda y aún así se las arregla para funcionar de alguna manera. Siempre me ha parecido sorprendente, y me falta capacidad para explicarlo.

La otra complicación es que a la naturaleza no le importa el patrón de interferencia que se intenta crear, e interfiere de la manera que puede. Me he dado cuenta de que cuando se sostienen muchas minas de lápiz (como una valla), de vez en cuando se puede ver un patrón completamente nuevo. Eso puede ser cambiar inadvertidamente entre la dinámica de una, dos o tres rendijas.

Answer 3

La idea de utilizar hollín suena a algo que la gente hacía en el siglo XIX y que entonces todo el mundo seguía describiendo de la misma manera como una cuestión de tradición. He hecho esto con éxito por (IIRC) llenando un área de una hoja de transparencia de plástico con un Sharpie, luego raspando el patrón de hendidura que quería.

Calcula el patrón que esperas, de modo que tengas una idea del tamaño que esperas que tengan las franjas a una distancia determinada de la pared.

La sugerencia de Antillar Maximus de utilizar una lente es razonable, pero he descubierto que normalmente todo lo que necesito es aprovechar el hecho de que el rayo bruto del láser no está muy bien colimado. Mueve el láser lo suficientemente lejos de las rendijas para que cubra ambas rendijas.

Si sólo quieres ver algo, un cabello funciona; para calcular lo que esperas, la mayoría de los cabellos humanos tienen un diámetro de ~0,05 mm. Otra cosa que funciona es simplemente formar una sola hendidura sujetando los bordes rectos de dos trozos de papel muy juntos.

Si llegas al punto en el que intentas obtener datos cuantitativos, ten cuidado porque si tu haz sólo baña una parte de las rendijas, entonces éstas actúan como un par de rendijas con una separación efectiva menor.

Answer 4

Este fenómeno de interferencia es causado por el principio de superposición y parece ser violado cuando usamos ondas de alta intensidad como ondas de choque, rayos láser de alta intensidad, etc. Esta puede ser la razón de su fracaso.