Una guía para el observador curioso de la mecánica cuántica, pt. 2. Caldera de fusión de partículas

Bienvenido a nuestra segunda visita guiada a los bosques de la mecánica cuántica. Lo vimos la semana pasada cómo las partículas se mueven como ondas ում golpean como partículas և cómo va una partícula de muchas formas. Si bien es posible, esta es un área bien estudiada de la mecánica cuántica. Está ubicado en un camino asfaltado rodeado por un centro de visitantes.

Esta semana me gustaría ir por el camino de asfalto և un poco más adentro del bosque para hablar sobre cómo se mezclan las partículas և se unen en movimiento. Este es un tema que generalmente está reservado para los estudiantes de física. Rara vez se comenta en artículos populares. Pero Redemption entiende cómo funciona el líder exacto, ve uno de los grandes inventos que sale del laboratorio: el peine óptico. Así que ensuciemos un poco nuestras botas de montaña (cuánticas), vale la pena.

Dos partículas

Empecemos con una pregunta. Si las partículas se mueven como ondas, ¿qué sucede cuando los caminos de las dos partículas coinciden? O dijo otra opción. ¿Las ondas de partículas simplemente interactúan entre sí o se mezclan?

Podemos probar esto en el laboratorio cambiando la instalación que usé la semana pasada. En lugar de dividir la luz de un láser en dos, podemos usar dos láseres separados para crear la luz que entra en el último espejo semiprecioso.

Debemos tener cuidado con los láseres que utilizamos, և la calidad de su puntero láser ya no coincide con las tareas. Si mide con cuidado la luz de los láseres ordinarios, el color de la luz և la fase de onda (cuando se producen los picos de onda) vaga. Este vagabundeo coloreado es incomprensible a nuestros ojos. El láser todavía se ve rojo, pero resulta que el tono exacto de rojo fluctúa. Este es un problema que el dinero puede resolver, և las tecnologías modernas pueden resolver. Con suficiente dinero en efectivo, podemos comprar láseres bloqueados con precisión. Gracias a ellos, podemos tener dos láseres, los cuales emiten fotones del mismo color con picos de onda iguales en el tiempo.

Cuando combinamos la luz de dos láseres de alta calidad, vemos exactamente el mismo caballo que hemos visto antes. Las ondas de partículas producidas por dos láseres diferentes interactúan.

¿Y si volvemos a cruzar el límite de fotones? Podemos bajar la intensidad de los dos láseres tan baja que veamos aparecer los fotones en la pantalla al mismo tiempo que las paletas pequeñas. Si la velocidad es lo suficientemente baja, solo hay un fotón en la կր pantalla անգ del láser a la vez. Cuando hagamos este experimento, veremos que los fotones llegan inmediatamente a la pantalla. pero cuando miramos la imagen del puntillismo acumulado, vemos las mismas capas que vimos la semana pasada. Nuevamente, vemos la interferencia de partículas.

Resulta que todos nuestros intentos anteriores dan exactamente la misma respuesta. A la naturaleza no le importa si una partícula interactúa consigo misma o si dos partículas interactúan entre sí. Una onda es una onda, և las ondas de partículas actúan como cualquier otra onda.

Pero ahora que tenemos dos láseres precisos, tenemos varios experimentos nuevos que podemos probar.

Dos colores

Primero intentemos intervenir fotones de diferentes colores. Tomemos el color de uno de los láseres y hagámoslo un poco más azul (longitud de onda más corta). Cuando miramos la pantalla, volvemos a ver rayas, pero ahora las rayas van pasando lentamente. Tanto la apariencia de las capas como su movimiento son interesantes.

Primero, el hecho de que veamos capas muestra que diferentes partículas de energía aún interactúan.

La segunda observación es que el patrón de rayas ahora depende del tiempo. las tiras caminan hacia un lado. A medida que aumentamos la diferencia de color entre los láseres, aumenta la velocidad de las capas. Los músicos de la audiencia ya reconocerán el patrón de golpes que vemos, pero antes de llegar a la explicación, mejoremos nuestra estructura experimental.

Si estamos satisfechos con el uso de rayos láser estrechos, podemos usar un prisma para combinar los flujos de luz. Por lo general, se usa un prisma para refractar un solo rayo de luz y enviar cada color en una dirección diferente, pero podemos usarlo con un prisma cuidadosamente dispuesto para usar el láser en uno de los dos rayos láser.

Si miramos la intensidad del rayo láser combinado, veremos la intensidad del «ritmo» de la luz. Aunque la luz de cada láser era estable cuando se combinaban los rayos de colores ligeramente diferentes, el rayo resultante variaba de brillante a tenue. Los músicos reconocerán esto ajustando sus instrumentos. Cuando el sonido de la horquilla de ajuste se combina con el sonido de una cuerda ligeramente sin restricciones, puede escuchar los «ritmos» cuando el sonido varía de fuerte a suave. La velocidad de la cadena es la diferencia de frecuencias, la cadena se ajusta ajustando la tasa de bits a cero (diferencia cero en la frecuencia). Aquí vemos lo mismo con la luz. La frecuencia de bits es la diferencia en el color del láser.

Si bien tiene sentido pensar en cuerdas instrumentales, pensar en fotones es bastante sorprendente. Comenzamos con dos corrientes de luz constantes, pero ahora la luz se mezcla con los momentos en los que es brillante y los momentos en los que está oscuro. A medida que aumenta la diferencia de color de los láseres (se ajustan), el pulso se acelera.

Aint time paint balls

Entonces, ¿qué sucede si volvemos a bajar los láseres muy bajos? Nuevamente, vemos que los fotones golpean nuestro detector a la vez, como pequeñas paletas. Pero si miramos con atención cuando llega el fotón, veremos que no es accidental. Llegan a tiempo junto con los ritmos. No es posible qué tan bajo giramos los láseres. Los fotones pueden ser tan raros que solo muestran 100 latidos por latido, pero siempre llegarán a tiempo junto con los ritmos.

Este patrón es aún más interesante si comparamos el tiempo de llegada de los fotones durante este experimento con las capas que vimos con nuestro puntero láser la semana pasada. Una forma de entender lo que sucedió en los dos experimentos divididos es visualizar la naturaleza ondulatoria de la mecánica cuántica, donde los fotones pueden caer uno al lado del otro. Las bolas de pintura pueden golpear en áreas brillantes, no oscuras. Vemos un patrón similar en el rayo de dos colores cuando llega el paintball, pero ahora las paletas van en línea recta և solo pueden golpear a tiempo con ritmos. Los erizos pueden considerarse líneas puntuales.