Mit welcher ungefähren Genauigkeit bzw. Genauigkeit δrδr\delta r kann derzeit der Ort rrr eines Elektrons gemessen werden?

Die Messung der Position eines Elektrons ist einerseits mit einer Quantenunschärfe verbunden Δ R was eine Vorstellung von der Wahrscheinlichkeitswolke gibt, wo das Elektron erscheinen kann, zum Beispiel gibt es die Vorstellung von Orbital im Fall eines an ein Atom gebundenen Elektrons; und natürlich Δ R hat nichts mit unserer Technik zu tun. Um Informationen über die Wahrscheinlichkeitswolken zu erhalten, arbeiten Wissenschaftler oft sowohl mathematisch als auch experimentell mit vielen statistisch behandelten Elektronen (Verteilungsmessungen, massive Beugung in Kristallen usw.).

Andererseits, und das ist das Thema, das ich ansprechen möchte, nehmen wir an, die Messung der Position eines einzelnen Elektrons, ob gebunden oder frei; es hat eine Präzision oder Genauigkeit oder einen Fehler zugeordnet δ R um die gemessene Position R , was ausschließlich dem Apparat oder unserer technologischen Entwicklung geschuldet ist.

In einer früheren schlecht gestellten Frage war mir nicht klar, dass ich diese beiden Unsicherheiten verwechselte, Δ R Und δ R ; danke an @EmilioPisanty für die Kommentare dazu. Also eröffne ich diese neue vermeintlich gut gestellte Frage.

Merkwürdig ist, dass wir immer Papiere und Experimente finden, in denen viel über Messwerte, Verteilungen, Unsicherheiten und Werte gesprochen wird Δ R , Wolken, Diagramme von Wellenfunktionen, Formen von Paketen usw., aber es ist wirklich schwierig, einen tatsächlichen Wert der Genauigkeit zu finden δ R . Wie gut sind ungefähr unsere experimentellen Geräte und Technologien im Zeitraum 2010-2020 in Bezug auf δ R ?

(Obwohl dies zu einer neuen Frage gehören könnte, sind alle Informationen über die Beziehung zwischen δ R und das Unbestimmtheitsprinzip, zB ob dieses Prinzip wirklich spricht δ R , Δ R , oder beides).

Angenommen, Sie schießen einen Strom von Elektronen durch einen Schlitz mit einstellbarer Breite. Die Unsicherheit der Position für passierende Elektronen (wenn sie durch den Schlitz gehen) wäre die Breite des Schlitzes. Wie dünn Sie den Schlitz bekommen und trotzdem Elektronen durchlassen könnten, hängt natürlich von der Wellenlänge der Elektronen ab, aber im Prinzip hängt die Frage, die Sie stellen, so sehr von den konjugierten Variablen ab, dass ich mir keine Antwort sicher bin irgendeine Bedeutung hätte.
@ user121330: Ja, die Idee, dass das Elektron ungehindert durch einen sehr dünnen Spalt (z. B. zwischen zwei nahen Atomen in einer Folie) geht, könnte eine erste obere Grenze der Größenordnung dieses δr geben (was sowieso eine unwichtige Größe zu sein scheint). , siehe unten).

Antworten (1)

Ich kann mir keinen Grund für eine hochpräzise Messung der Position eines niederenergetischen Elektrons im freien Raum vorstellen; Menschen interessieren sich eher für die Bewegung solcher Elektronen, die ohnehin einfacher zu messen ist.

Vielleicht möchten Sie etwas über Detektoren für schnell geladene Teilchen lesen, wie z. B. Drahtkammern oder Siliziumstreifendetektoren . In diesen Detektoren erzeugt ein schnell durchtretendes Elektron freie Ladungen, die auf den verschiedenen Segmenten des Detektors gesammelt werden – zum Beispiel wird in einer Drahtkammer der größte Teil der Ionisation auf dem nächstgelegenen Draht gesammelt, weniger Ladung auf mehr entfernte Drähte auf wiederholbare Weise. Wenn Sie clevere Algorithmen verwenden, um die Signale von vielen Spuren zu analysieren, können Sie eine Subpixelauflösung über die Position des Elektronenpfads erhalten, aber nicht viele Informationen über seine Position entlang dieses Pfads; Die Zeit, die das Elektron benötigt, um den Detektor zu durchqueren, beträgt typischerweise weniger als eine Nanosekunde.

Als ich tangential an einem Elektron-Tracking-Experiment beteiligt war, waren unsere Detektoren mit der besten theoretischen Auflösung GEMs . Diese haben das gleiche Funktionsprinzip wie eine Drahtkammer, aber die Ladungsverstärkung erfolgt in einem sehr kleinen Loch in einer Kupfer/Kapton-Oberfläche. Ich erinnere mich, dass diese Detektoren für eine Positionsauflösung im Submillimeterbereich ausgelegt waren, aber am Ende nicht sehr gut funktionierten und nicht viel genutzt wurden.

Grundsätzlich bekommt jeder Doktorand, der einen Tracking-Detektor für geladene Teilchen gebaut hat, in seiner Dissertation einen Abschnitt über die Positionsempfindlichkeit seines Detektors. Da es Möglichkeiten gibt, auch ohne viel Positionsempfindlichkeit auf interessante Physik zuzugreifen, weiß ich nicht, dass Sie irgendwo eine Tabelle mit den "besten Elektronenortsempfindlichkeiten" finden werden - es gibt zu viele Variablen, und die interessante Physik liegt woanders .

Ich stimme zu. Der anfängliche Fokus auf die Auswirkungen des HUP auf die Positionsunsicherheit vermittelt Außenstehenden und Anfängern eine überdimensionale Vorstellung von der Bedeutung der Präzision von Positionsmessungen in der modernen Physik. Ich kann mir unter keinen Umständen einen Grund für hochpräzise Messungen der Position eines Elektrons vorstellen , weder gebunden noch frei.
@rob und alle: Danke für die Antwort und all die Kommentare. Ich werde über GEMs oder ähnliche Detektoren und Dissertationen mit solchen Experimenten lesen, was eine schwere Aufgabe wäre, wenn ich nur nach einem Wert suchen würde (oft versteckt oder nicht vorhanden), aber schließlich werde ich viel Wissen gewinnen. Ich nehme zur Kenntnis, dass die Genauigkeit der Position ein Thema von geringer Bedeutung ist, die wichtigen Dinge sind Pfade in Kammern, Geschwindigkeit zwischen Detektoren, Formen von Wellenfunktionen und viele andere.
Mit welcher ungefähren Genauigkeit bzw. Genauigkeit δrδr\delta r kann derzeit der Ort rrr eines Elektrons gemessen werden?
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