Verifican la indistinguibilidad de electrones individuales de fuentes independientes

Dibujo20130124 Sketch of the experiment - Two single-particle wavepackets of same width are emitted at two inputs

Un experimento de doble rendija con electrones permite observar su comportamiento como ondas, la famosa dualidad onda-partícula; lo habitual es que los electrones provengan de la misma fuente. Un experimento de interferencia usando conductores metálicos cortos a muy baja temperatura también permite comprobar la dualidad onda-partícula, como se publicó en 2007 en Nature. Se verificó para un haz de electrones en un interferómetro Mach-Zender. Un nuevo artículo en Science lo ha logrado utilizando pares de electrones individuales. Más aún, el nuevo experimento permite definir un grado de indistinguibilidad para los electrones que son emitidos por fuentes independientes con cierto retraso. Como muestra la figura, si dos bosones indistinguibles y coherentes son emitidos por las dos fuentes independientes 1 y 2 hacia un divisor de haz aparecen ambos en el punto 3, o ambos en el 4. Sin embargo, si se trata de electrones, cada uno aparece en un punto diferente 3 y 4, aunque no sabemos cuál en cuál por su indistinguibilidad. Introduciendo un pequeño retraso τ en uno de las fuentes coherentes de electrones se logra una fuente de pares de electrones con un grado de indistinguibilidad controlado a medida. Este logro podría tener aplicaciones en el proceso de información cuántica con electrones y en experimentos que verifican las desigualdades de Bell. El nuevo artículo técnico es E. Bocquillon et al., “Coherence and Indistinguishability of Single Electrons Emitted by Independent Sources,” Science, AOP Jan 24, 2013 [copia gratis]; el artículo previo es I. Neder et al., “Interference between two indistinguishable electrons from independent sources,” Nature 448: 333-337, 19 Jul 2007 [copia gratis] (más información en Markus Kindermann, “Quantum mechanics: Interference in the matter,” News and Views, Nature 448: 262-263, 19 Jul 2007).

Dibujo20130124 Sketch of the sample based on a SEM picture - electron gas in blue

5 pensamientos en “Verifican la indistinguibilidad de electrones individuales de fuentes independientes

  1. Francis, una pregunta… ¿un electrón individual es una onda o en realidad la onda asociada se infire a partir del comportamiento de más de un electron?

    • es una ondicula definida de acuerdo a la funcion de onda hasta que colapsa por algun observador , ahi es onda o particula lo que sea que se quiso ver, cuando hay mas de una no se lo que le pasa, pero en el limite de muchas de ellas se vuelve onda definida por las leyes de maxwell.
      saludos

    • Más que una onda, la figura sugiere un tren de ondas, en lugar de una onda estacionaria propiamente dicha. Eso se debe probablemente a que el electrón se mueve en un campo de potencial nulo (o constante), en cuyo caso en la ecuación de Schrödinger es V=0:

      i\hbar\frac{\partial\Psi}{\partial t}=-\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\Psi

      El problema es que en este caso las soluciones separables no son normalizables, y este sería el fin de la historia de no ser porque los físico-matemáticos no se arredran ante ningún problema, de modo que pasan al continuo transformando un desarrollo en serie en una integral, aplican luego una transformada de Fourier al supuesto desarrollo de la condición inicial “et voilà”: surge el paquete de ondas cuya velocidad de grupo se identifica con la de la partícula, y cuya envolvente se aprecia en la figura, si no estoy interpretando las cosas mal, cosa que me sucede con más frecuencia de la que yo quisiera.

      En cuanto al electrón, yo diría (en espera de las palabras finales –y definitivas– de Francis) que el electrón es una partícula elemental con una dada masa, carga, spin, valores que constituyen su “esencia”, y que otra cosa es su estado, el cual se describe mediante una función de onda (la de Schroedinger en la mecánica cuántica no relativista) de evolución determinista hasta que se opera una medida de alguno de sus observables (en el ejemplo del interferómetro la posición e instante en el detector correspondiente, supongo).

  2. Francis El trabajo de Alberto Peruzzo y otros en bristol que nos dice sobre el principio de complementariedad, o sea puede una ´´particula´´ ser onday particula a la vez
    otra cosa en respuesta a leo, el teorema de dice no hay respuestas a experimentos no realizados

  3. Lo asombroso en estos experimentos es que dan la impresión de que estamos asistiendo, desde la movida de Bell, Aspect y demás, a la aparición de nuevas maravillas. En el interferómetro que presentas, sin ir más lejos, una sola partícula parece “conocer” no ya la trayectoria por la que va (transmisión o reflexión) sino la alternativa por la que podría haber ido. Desde que lo supe no he podido cerrar la boca.

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