Elektronen und Positronen: Was passiert, wenn ein Positronenstrahl gleichphasig mit gebeugten Elektronen verwendet wird, um ein Hologramm mit den Antielektronen zu erzeugen?

Meine Antwort besteht aus drei Teilen: Der erste Teil versucht, einige Missverständnisse zu korrigieren, die anscheinend vom OP gehalten werden, der zweite Teil beschreibt eine Modifikation des vom OP vorgeschlagenen Experiments, die im Prinzip funktionieren könnte; und der dritte Teil beschreibt ein Experiment, das tatsächlich durchgeführt wurde und die Idee des OP unterstützen könnte, wenn auch etwas schräg.

Teil 1: Missverständnisse

Angenommen, zwei unabhängige Strahlen von Positronen und Elektronen werden so gefiltert, dass jeder in Phase mit dem anderen ist.

Es ist nicht möglich, zwei unabhängige Laserstrahlen zu filtern, um sie miteinander in Phase zu bringen; und noch weniger ist es möglich, zwei Teilchenstrahlen zu filtern, um sie miteinander in Phase zu bringen. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass Ihre Positronen- und Elektronenstrahlen in Phase sind. Wichtig ist, dass die Positronen alle den gleichen Impuls haben, damit sie alle die gleiche Wellenlänge haben. Idealerweise gilt das Gleiche für die Elektronen, aber die Bedingungen sind nicht ganz so streng: Ein richtig hergestelltes optisches Hologramm kann mit Licht mit einem weiten Frequenzbereich rekonstruiert werden, und dasselbe würde für ein "Materiewellen"-Hologramm gelten durch einen anderen "Materiewellen"-Strahl rekonstruiert.

Lassen Sie als nächstes zu, dass die Positronen im Leerlauf sind und in einer Wellenschleife von Spiegeln, die von einer Positronenquelle gespeist wird, über eine Zielzone gesendet werden.

Es ist überhaupt nicht klar, was Sie mit "im Leerlauf" oder "Wellenschleife von Spiegeln" meinen.

Nehmen Sie schließlich den Elektronenstrahl und beugen Sie ihn durch einen Schlitz, so dass er auf ein Objekt trifft – wie einen Apfel.

Fahren Sie fort, damit die reflektierten Elektronen (die vom Apfel kommen) in der Zielzone ankommen, wo kohärente Positronen (Antielektronen) passieren.

Hier beabsichtigt man offenbar, den Positronenstrahl als Referenzstrahl und den durch Wechselwirkung mit einem Objekt modifizierten Elektronenstrahl als Objektstrahl zu verwenden. Das Problem dabei ist, dass die Positronen und Elektronen nicht interferieren, selbst wenn sie die gleiche Wellenlänge haben, weil es keine Unsicherheit darüber gibt, woher sie kommen . Diese Unsicherheit ist eine Voraussetzung für die Interferenz im Doppelspalt-Interferometer und allen anderen Interferometern – und ein Hologramm ist die Ausgabe eines Interferometers .

Würden die Positronen und Elektronen in Form eines Gammastrahlen-Hologramms vernichten, das irgendwo abschießt, oder würden sie sich nur überlagern (weil Wellen nicht miteinander interagieren können)?

Wie in der Frage beschrieben, lautet die Antwort, dass kein Hologramm gebildet würde. Einige der Positronen und Elektronen könnten vernichten, aber es gäbe nichts, was die resultierenden Gammastrahlen daran hindern könnte, sich in eine bestimmte Richtung (oder bestimmte Richtungen) zu bewegen und ein Bild zu erzeugen.

Teil 2: Ein Experiment, das prinzipiell funktionieren könnte

Wenn jedoch einzelne Positronen verwendet würden, um sowohl den Objekt- als auch den Referenzstrahl bereitzustellen (indem die Wellenfunktion des Positrons aufgeteilt, ein Teil davon durch das Objekt geleitet und dann bewirkt wird, dass sich der nicht modifizierte Teil mit dem objektmodifizierten Teil überlappt), wäre dies möglich ein Positron bildenInterferenzmuster, das im Prinzip als Hologramm fungieren und zur Rekonstruktion eines Bildes des Objekts (Einzelpartikel) "Strahl" verwendet werden könnte. Die Rekonstruktion würde das "Beleuchten" des "Hologramms" mit einem anderen Teilchenstrahl beinhalten, der in der Lage ist, mit Positronen in genau demselben Winkel wie der Referenzstrahl zu interagieren. Wenn der Beleuchtungsstrahl auch einzelne Teilchen wären, wäre es vielleicht durch eine lange Vorstellungskraft möglich, den Elektronen-"Strahl" dazu zu bringen, durch das Positron-"Hologramm" gebeugt zu werden, aber in praktischer Hinsicht wäre dies in einem nicht möglich Versuchsaufbau, der mit heutiger Technik gebaut und in einem Menschenleben fertiggestellt werden könnte.

Aber das OP stellt etwas grundlegend anderes, was eigentlich eine sehr interessante Frage ist. Ich erlaube mir, die Frage weniger spezifisch zu wiederholen: „ Kann ein Hologramm, das aus Substanz A besteht, von Strahlung B beleuchtet werden, die mit Substanz A interagiert, um Strahlung C zu erzeugen, so dass Strahlung C ein im Hologramm gespeichertes Bild rekonstruiert ? "

Seltsamerweise lautet die Antwort "Ja". Ich habe es getan. Ich habe ein fokussiertes Bildhologramm einer 3D-Rose (etwa 25 mm in x, y und z) in einer etwa 1 mm dicken Platte aus Photopolymer gebildet. In diesem speziellen Photopolymer erwiesen sich die resultierenden Bereiche mit hohem und niedrigem Brechungsindex auch als Bereiche mit hoher und niedriger Fluoreszenz, wenn sie mit grünem Licht beleuchtet wurden. Die emittierte Fluoreszenz war ein ziemlich breitbandiges Rot. Als ich das Hologramm mit grünem Licht im Referenzwinkel beleuchtete, war eine leicht verschwommen rote 3D-Rose im Photopolymer gut sichtbar. Ich habe mich nie hingesetzt und die Berechnungen durchgeführt, um sicher zu sein, warum sich dieses rote Bild gebildet hat, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass es mit der Art und Weise zusammenhängt, wie „ photonische Kristalle", Röntgenbeugung und Elektronenbeugung funktionieren: Die räumliche Struktur des Hologramms lässt nur Wellen bestimmter Wellenlängen und Richtungen sich ausbreiten.

Ein vage verwandtes Experiment, bei dem optisch geformte Hologramme zur Beugung von Neutronen verwendet werden, wird hier beschrieben . Wahrscheinlich könnte etwas sehr Ähnliches für niederenergetische Röntgenstrahlen oder Elektronen gemacht werden. Der interatomare Abstand in Festkörpern in der Größenordnung von einem Zehntel Nanometer ist groß im Vergleich zu der Wellenlänge selbst eines Gammastrahls mit niedriger Energie (ein Hundertstel Nanometer), so dass es sehr schwierig wäre, einen brauchbaren Gamma- strahlenbeugendes Hologramm.