이중 슬릿 실험(Double-slit experiment)은 파동과 입자의 이중성을 전형적으로 보여주는 실험으로 리처드 파인만은 이를 '양자역학의 정수'라고 불렀다. 영의 실험에서는 빛 대신에 1개의 전자를 사용했다.
이 실험은 고전적인 사고실험이었다. 실제 실험은 1961년에 튀빙겐대학의 클라우스 옐슨이 여러 전자로 실시한 것이 최초이며, 1회에 1개의 전자를 이용한 실험은 1974년에 피에르 조르조 메르리 연구팀이 밀라노대학에서 실시했다. 1989년에 기술의 발전을 반영하는 추가시험을 도노무라 아키라 연구팀이 실시했다.
1982년 광자 1개 분량 이하로 약하게 한 레이저광에 의한 유사한 실험이 하마마츠 포토닉스(주) 중앙연구소에 의해 이루어졌다.
2002년 이 실험은 Physics World의 독자투표에서 '가장 아름다운 실험'에 선정되었다.
◆ 실험
전자총에서 전자를 발사하여 반대편의 사진건판에 도달시킨다. 그 사이는 진공으로 되어 있다. 전자가 지나가는 길목에 해당하는 위치에 칸막이를 둔다. 그 칸막이에는 2개의 슬릿이 있고, 전자는 여기를 통과해야 한다. 그러면 사진건판에는 전자에 의한 감광에 의해 농담의 줄무늬가 상으로 그려진다. 그 줄무늬는 파도의 간섭무늬와 같고 전자의 파동성을 보여준다.
이 실험에서는 전자를 1개씩 발사시켜도 같은 결과를 얻을 수 있다. 즉 전자를 1번에 1개씩 발사하는 것을 여러 번 반복한 후 그 합계에 해당하는 것을 사진건판에서 확인해보면 역시 같은 간섭무늬가 발생하고 있다.
1999년 Anton Zeilinger가 전자나 광자같은 극미입자 대신에 풀러렌(fullerene)이라는 큰 분자를 사용하여 마찬가지로 실험한 경우에도 유사한 간섭무늬가 생기는 것을 확인했다. Zeilinger는 다음으로 바이러스에 의해 간섭무늬를 만들어내는 것을 목표로 하고 있다.
◆ 해설
양자는 공간의 한 점에 자리잡은 입자성과 공간에 퍼지는 파동성을 보여주지만, 확률해석은 파동의 진폭의 크기가 입자의 존재확률을 나타내는 것으로 해석된다. 실험 이전에는 여러 입자가 파동을 구성한다는 예측도 있었지만, 공간상의 광자의 수로 인해 여러 입자가 파동을 구성하는 것은 곤란하다고도 예상되었다. 이중 슬릿 실험에서는 단위양자라도 입자성과 파동성의 이중성을 나타낸다는 것을 증명하고 있다.
이 실험결과는 루이 드 브로이의 이중해의 이론과 데이비드 봄의 양자 포텐셜 이론, 에드워드 넬슨의 확률역학 등의 확정된 입자궤도를 상정한 이론과도 모순되지 않는다. 이 중 이중해의 이론과 양자 포텐셜 이론으로 계산하면 초기 위치와 운동량이 정해지면 입자의 궤도는 확정되어 서로의 궤도가 교차하지 않으며, 오른쪽 슬릿을 통과한 입자는 스크린 오른쪽에 도달하고 왼쪽 슬릿을 통과한 입자는 스크린 왼쪽에 도달한다. 이러한 이론에서도 입자의 통과하지 않는 슬릿을 막거나 통과하는 슬릿을 특정하는 감지장치를 설치해 놓으면 양자의 포텐셜에 영향을 주어 간섭무늬는 사라진다.
출처 참조 번역
· Wikipedia
· 二重スリット実験
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%87%8D%E3%82%B9%E3%83%AA%E3%83%83%E3%83%88%E5%AE%9F%E9%A8%93
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