Föreläsning 5. Att summera amplituder Spinn. Fk3002 Kvantfysikes grunder 1



Relevanta dokument
Föreläsning 6. Amplituder Kvanttillstånd Fermioner och bosoner Mer om spinn Frågor Tentan. Fk3002 Kvantfysikens grunder 1

s 1 och s 2 är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /2?

Tentamen, Kvantfysikens principer FK2003, 7,5 hp

DEMONSTRATIONER MAGNETISM II. Helmholtzspolen Elektronstråle i magnetfält Bestämning av e/m

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 16 december 2015, kl 17:00-22:00

FK Kvantfysikens principer, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning, onsdag 21 december 2016, kl 17:00-22:00

1 Hur förklarar du att det blev ett interferensmönster i interferensexperimentet med elektroner?

Tentamen i SG1102 Mekanik, mindre kurs

Stockholms Tekniska Gymnasium Prov Fysik 2 Mekanik

Diffraktion och interferens

m 1 + m 2 v 2 m 1 m 2 v 1 Mekanik mk, SG1102, Problemtentamen , kl KTH Mekanik

Partiklars rörelser i elektromagnetiska fält

4-3 Vinklar Namn: Inledning. Vad är en vinkel?

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Lab 31 - Lauekamera TFFM08 - Experimentell Fysik

Elektronen och laddning

Föreläsning 14: Försöksplanering

Föreläsning 1 i Elektronik ESS010

Elektricitet och magnetism

SEPARABLA DIFFERENTIALEKVATIONER

Tentamen i Fysik A, Tekniskt-Naturvetenskapligt basår

INSTITUTIONEN FÖR FYSIK OCH ASTRONOMI. Mekanik baskurs, Laboration 1. Bestäm tyngdaccelerationen på tre olika sätt

[ÖVNINGSBANK] Sollentuna FK. Expressbollen

Sundbybergs stad Skolundersökning 2015 Föräldrar förskola Fristående förskolor totalt Antal svar samtliga fristående förskolor: 360 (57 %)

SF1620 Matematik och modeller

Enkätresultat för elever i år 2 i Nösnäsgymnasiet 2 i Stenungsund våren 2014

Enkätresultat för elever i år 2 i Praktiska Skövde i Praktiska Sverige AB hösten 2014

Enkätresultat för elever i år 2 i Mega Musik gymnasium hösten Antal elever: 47 Antal svarande: 46 Svarsfrekvens: 98% Klasser: MM13

Sundbybergs stad Skolundersökning 2015 Föräldrar förskola Stella Nova förskola

Svenska Du kan med flyt läsa texter som handlar om saker du känner till. Du använder metoder som fungerar. Du kan förstå vad du läser.

Virkade tofflor. Storlek & By: Pratamedrut. pratamedrut.se/blog/virkade tofflor 1

för M Skrivtid utbreder sig (0,5 p)

Hur utvecklar man användbara system? Utvärdering. Användbarhet handlar om kvalitet. Utvärdering. Empiriska mätningar. Metoder

Begränsad uppräkning av den nedre skiktgränsen för statlig inkomstskatt för 2017

Blixtrarna hettar upp luften så att den exploderar, det är det som är åskknallen.

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Omvandla Vinklar. 1 Mattematiskt Tankesätt

Boken om Teknik. Boken om Teknik är en grundbok i Teknik för åk 4 6.

Utveckla arbetsmiljö och verksamhet genom samverkan

Starter. Som grund ligger anvisningar för lure coursing verksamheten som finns att ladda ner från PKLC hemsida.

Bruksanvisning - Spisvakt Prefi 2.3

Beräkning av inavelsgrad

Skriva B gammalt nationellt prov

Manual Gamla Akka-plattan

Sammanfatta era aktiviteter och effekten av dem i rutorna under punkt 1 på arbetsbladet.

Tentamen i Modern fysik, TFYA11, TENA

Individuellt Mjukvaruutvecklingsprojekt

Presentationsövningar

Linnéuniversitetet. Naturvetenskapligt basår. Laborationsinstruktion 1 Kaströrelse och rörelsemängd

Fysik B Fysikpapper för N3 Kvantfysik. Jonn Lantz Din fysiker i frontlinjen

QFD. Quality Function Deployment Boris Mrden Tobias Lindström Arefeh Mirzaie Shra Morin Habib David Bizzozero

Vad är WordPress? Medlemmar

Träning i bevisföring

Ha det kul med att förmedla och utveckla ett knepigt område!

Kundundersökning för Ljungby kommun miljö- och byggförvaltning

MR 5 FRÅN FÖRBUD TILL RÄTTIGHET WORKSHOP I KLASSRUMMET TEMA: MÄNSKLIGA RÄTTIGHETER (MR)

a n = A2 n + B4 n. { 2 = A + B 6 = 2A + 4B, S(5, 2) = S(4, 1) + 2S(4, 2) = 1 + 2(S(3, 1) + 2S(3, 2)) = 3 + 4(S(2, 1) + 2S(2, 2)) = = 15.

1. Frekvensfunktionen nedan är given. (3p)

Vi skall skriva uppsats

Kapitel 6. f(x) = sin x. Figur 6.1: Funktionen sin x. 1 Oinas-Kukkonen m.fl. Kurs 6 kapitel 1

FRÅN A TILL Ö LäraMera Ab / och Allemansdata Ab / FRÅN A TILL Ö

Vad är egentligen tid?

LABORATION 2-3 Fysik

TIMREDOVISNINGSSYSTEM

Menys webbaserade kurser manual för kursdeltagare. Utbildningsplattform: Fronter

Syftet är att fördjupa diskussionen om vem som ansvarar för vad.

Det är bra om även distriktsstyrelsen gör en presentation av sig själva på samma sätt som de andra.

Sveriges Trafikskolors Riksförbund Film om körkort för nysvenskar Speakertext - Svensk

Diffraktion och interferens Kapitel 35-36

Konstruktioner. 1 Att dela en sträcka i två lika delar. I Euklidisk geometri. Johan Wild Sträcka AB skall delas i två lika delar.

Mätning av effekter. Vad är elektrisk effekt? Vad är aktiv-, skenbar- reaktiv- medel- och direkteffekt samt effektfaktor?

KNÄKONTROLL FOTBOLL (ÖVNINGARNA HÄMTADE FRÅN SVENSKA FOTBOLLSFÖRBUNDET)

Anmälan om sjukhusens läkemedelsförsörjning

Inställningar Konton och Betalningar

Instruktion 3. Tabbar.

ÄT RÄTT NÄR DU TRÄNAR

UPPGIFT: SKRIV EN DEBATTARTIKEL

Jonisering. Hur fungerar jonisering? Vad är en jon?

Bered en buffertlösning. Niklas Dahrén

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Användarmanual och policy för Göteborgs Evenemangskalender på goteborg.com

Avsikt På ett lekfullt sätt färdighetsträna, utveckla elevers känsla för hur vårt talsystem är uppbyggt samt hitta mönster som uppkommer.

Lathund för överföring av rapporter och ljudfiler

Gruppindelning JUNIOR

x 2 + px = ( x + p 2 x 2 2x = ( x + 2

Hur skapar man formula r

Linjära system av differentialekvationer

Kemisk bindning II, A&J kap. 3

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Introduktion till Komplexa tal

m/s3,61 m/s, 5,0 s och 1,5 m/s 2 får vi längden av backen, 3,611,5 5,011,1 m/s11,1 3,6 km/h40,0 km/h

SE Bruksanvisning. VIKTIGT: Både kanten på torkarbladet och Mr. Ti s uppsamlingsdel ska komma i direkt kontakt med glasrutan.

BANDGAP Inledning

Allmän kemi. Läromålen. Molekylers geometri. Viktigt i kap VSEPR-modellen Molekylers geometri

När jag promenerar i stan under julen väcker synen av alla adventsstjärnor

Dash and Dot. Svårighetsgraden bestämmer du själv genom att välja någon av av de 5 appar som är kopplade till Dash & Dot.

Koncept Katalog 2009

DEMOKRATI 3 DEMOKRATINS VILLKOR

Volymer av n dimensionella klot

Transkript:

Föreläsning 5 Att summera amplituder Spinn Fk3002 Kvantfysikes grunder

Att addera amplituder Betrakta en α-partikel och en syrekärna som växelverkar i masscentrumsystemet. dvs den totala rörelsemängden=0 pα + p syre = 0 (5.) Detektorna D och D kan mäta 2 och identifiera α-partikeln och syrekärnan. Detekorna kan skilja mellan partiklarna. f ( θ ) =amplituden att α-partikeln sprids med vinkeln θ Om en partikel obs erveras i D betyder det (a) att α-partikelns spreds med ( θ ) eller (a) ( π θ ). Båda sluttillstånd kan skiljas från varandr a. ( θ ) ( π θ ) 2 2 sannolikheten att få en signal i D = f + f (5.3) Fk3002 Kvantfysikes grunder 2

Ekv 5.3 funkar för α-partiklar och syrekärnor. Dock funkar det inte om man betraktar α-partiklar som växelverkar med varandra! Det är omöjligt att skilja mellan (a) α-partikeln från vänster sprids med θ och α-partikeln från höger sprids med π -θ (b) α-partikeln från höger sprids med θ och α-partikeln från vänster sprids med π -θ ( θ ) ( π θ ) 2 Sannolikheten att få en signal i D P = f + f Interferens 2 2 (5.4) π π π π Betrakta θ= P = f + f = 4 f (5.5) (observeras i data) 2 2 2 2 I jämförelse förutsäger ekv 5.3 2 2 2 π π π P = f + f = 2 f 2 2 2 (5.6) Fk3002 Kvantfysikes grunder 3

Att addera amplituder - övning Ett typiskt problem: Vad är sannolikheten att en viss process uppstår? En enkel 3-stegsstrategi Rita ett diagram av de olika möjligheterna tänk på de olika start- och sluttillstånden Studera sluttillstånden och använd förnuft för att bestämma vilka möjligheter motsvarar en enkel amplitud och vilka möjligheter motsvarar en annan amplitud. Summera de olika sannolikheterna Fk3002 Kvantfysikes grunder 4

3 P3 Problem Anta att amplituden att en partikel kommer från en källa till en detektor A är A s. Amplituden att partikeln kommer från s till en detektor B är B s. Anta att det finns an annan källa s 2 - de relevanta amplituderna för partiklar från denna källa är A s och B s. 2 2 Vad är sannolikheten att en partikel observeras i A och en partikel observeras i B om... (a) partiklarna från s och s är identiska. (b) partiklarna är båda α-partiklar. s Anta att detektorna kan skilja mellan de olika partiklarna. Fk3002 Kvantfysikes grunder 5

(a) icke-identiska partiklar () Rita diagram som visar de olika möjligheterna - tänk på de olika start- och sluttillstånden. Fk3002 Kvantfysikes grunder 6

(2) Betrakta de sluttillstånden: Detektorna A och B kan identifiera partiklarna som slår dem. Alla möjligheter kan skiljas från varandra. Sannolikheten: Fk3002 Kvantfysikes grunder 7 2 2 2 2 P = A s B s + A s B s + A s B s + A s B s 2 2 2 2 (5.7)

(b) Identiska partiklar () Rita (samma) diagram (2) Betrakta de sluttillstånden: Detta är lite knepigt. Det är omöjligt att skilja mellan processerna i de övre diagrammen. Identiska partiklar träffar detektorna och varje källa har förlorat en partikel. Amplituden som motsvarar dessa diagram : A s B s2 + A s2 B s (5.8) Man kan skilja mellan de nedre processerna - identiska partiklar slår detektorna men det finns en skillnad i antalet partiklar som har emitterats från källorn a. Sannolikheten: Fk3002 Kvantfysikes grunder 8 2 2 2 P = A s B s + A s B s + A s B s + A s B s (5.9) 2 2 2

3 P4 I ett experiment skjuts partikar mot en vägg med tre spalter. Använd Diracnotation och bestäm ett uttryck för sannolikheten att observera en partikel vid en viss punkt på en skarm bakom väggen. Anta att det finns en detektor som kan med 00% effektivitet observera om partiklen har passerat genom den första spalten. Lösning () Rit diagram som visar de olika möjligheterna. Signal i detektorn Problem X Ingen signal i detektorn Ingen signal i detektorn X Fk3002 Kvantfysikes grunder 9

(2) Använd förnuft för att bestämma de möjliga sluttillstånden som kan skiljas från varandra. Partikeln befinner sig vid en viss punkt på skärmen och det finns en signal i detektorn: x s ( 5. 0) Partikeln befinner sig vid en viss punkt på skärmen och det inte finns någon signal i detektorn: x 2 2 s + x 3 3 s (5.) Fk3002 Kvantfysikes 2 grunder 2 0 Sannolikheten P = x s + x 2 2 s + x 3 3 s (5.2)

Tentan Amplitudproblem kan se knepiga ut För varje amplitudproblem får ni information om vilken notation bör användas T.ex. Använd Diracnotation (<A s>) och bestäm ett uttryck Dessutom får ni information om detektorna T.ex. Detektorn kan skilja mellan partiklar A och B. Fk3002 Kvantfysikes grunder

En stavmagnet Hur påverkas en stavmagnet av ett externt magnetiskt fält? S I ett uniformt magnetiskt fält (B) skulle den övre delen påverkas av en kraft uppåt och den nedre delen av en kraft nedåt Den totala kraften på magneten F = F + F = 0; F = F (5.3) tot N S N S F N N S F S B N Fk3002 Kvantfysikes grunder 2

I ett icke-uniformt magnetiskt fält påverkas magneten av en kraft. F = F + F 0 ; F > F (5.4) tot N S N S Stavmagneten skulle röra sig mot "sydpolen" av stavmagneten. Obs! Magneten kan också rotatera men detta är inte relevant för oss. N S N F N N S F S B (ickeuniform) Fk3002 Kvantfysikes grunder 3

Att skjuta en liten stavmagnet genom ett magnetiskt fält S Det magnetiska fältet blir starkare N S Det magnetiska fältet blir starkare N Skjut en stavmagnet in i ett område med ett icke-uniformt magnetiskt fält. Magneten får inte rotera en restriktion hos experimentet. Magneten ska gå upp eller ner! Fk3002 Kvantfysikes grunder 4

Att skjuta en elektronstråle genom ett magnetiskt fält S Elektron Det magnetiska fältet blir starkare N S Elektron Det magnetiska fältet blir starkare 50% of elektroner gå upp och 50% gå ner. Elektroner beter sig som små stavmagneter! N Fk3002 Kvantfysikes grunder 5 Detta experiment kallas för Stern-Gerlachexperimentet (föreläsning 7)

Spinn B-fält från en cirkulär strömbana - laddade partikler (elektroner) rör sig genom en tråd. B-fält från en stavmagnet En stavmagnet består av små circuklära strömbanar t.ex. elektroner som cirkulerar runt kärnor. ª e - - spinn upp ª e - - spinn ner En elektron kan betraktas som en spinnande laddade boll - en liten stavmagnet. Obs!! Naiv bild!! Fk3002 Kvantfysikes grunder 6

Elektronspinn Elektronen beter som som om den har rörelsemängdsmoment. Rörelsemängdsmomentet kan (i en naiv bild) betraktas som om elektronen spinner. Liksom laddning och massa är spinn en egenskap som kännetecknar en partikel. Elektronen har spin- och kan vara i två tillstånd upp eller ner. 2 En "upp"-elektron och en "ner"-elektron kan skiljas genom att titta på hur de rör sig genom ett magnetiskt fält. En "upp"-elektron och en "ner"-elektron är inte identiska! e - - spinn upp e - - spinn ner Fk3002 Kvantfysikes grunder 7

Växelverkan mellan två elektroner med olika spinn En elektron med "spinn upp" växelverkar med en elektron med "spinn ner" i masscentrumsystemet. f ( θ ) =Amplituden att elektronen med "spinn upp" sprids med en vinkel θ Partiklerna är inte identiska. Vi vill bestämma ett uttryck för sannolikheten att en elektron träffar D. Två möjligheter: (a) elektronen med "spinn-upp" sprids med θ. (b) elektronen med "spinn-upp" sprids med π -θ. Vi kan skilja mellan ( a) och (b). Fk3002 Kvantfysikes grunder 8

Sannol ikheten att elektronen med "spinn upp" träffar D med "spinn ner" träffar P = f ( θ ) 2 (5.5) D 2 : Sannolikheten att elektronen med "spinn ner" träffar D med "spinn upp" träffar D P ( π θ ) = f 2 (5.6) ( θ ) ( π θ ) 2 2 2 : Fk3002 Kvantfysikes grunder 9 och elektronen och elektronen Sannolikheten att elektronen med "spinn upp" eller elektronen med "spinn ner" träffar P = f + f D (5.7)

Växelverkan mellan två elektroner med samma spinn Upprepa experimentet - använd elektroner med samma spinntillstånd ("spinn-upp") Nu är de identiska partiklar - det är omöjligt att skilja mellan dem interferens Sannolikheten att en elektron P θ π θ = f ( ) f ( ) 2 (5.8) slår D Obs! - är specifika för partiklar som elektroner (nästa föreläsningen) Fk3002 Kvantfysikes grunder 20

Betrakta ett experiment med opolariserade elektroner dvs 50% är spinn-upp och 50% är spinn-ner Sannolikheterna för olika processer: Andel av antalet processer Elektron spinn Elektron2 - spinn Spinn vid D Spinn vid D Sannolikheten /4 upp upp upp upp f(θ)-f(π θ) 2 /4 ner ner ner ner f(θ)-f(π θ) 2 /4 upp ner upp ner f(θ)) 2 ner upp f(π θ) 2 /4 ner upp upp ner f(π θ) 2 ner upp f(θ)) 2 Den totala sannolikheten 2 2 2 P= f ( θ ) f ( π θ ) + f ( θ ) + f ( π θ ) (5.9) 2 2 2 Fk3002 Kvantfysikes grunder 2

Fermioner och bosoner Fermioner 3 5 En fermion är en partikel med halvtaligt spinn:,,... 2 2 2 T.ex. en elektron är en fermion (spinn= ) 2 Protoner och neutroner är också fermioner med spinn=. 2 Bosoner En boson är en partikel med heltaligt spinn: 0,,2,3... En foton är en boson (spinn=) En α-partikel är en boson (spinn=0) En mer detaljerad beskrivning i föreläsning 7. Fk3002 Kvantfysikes grunder 22

Sammanfattning Beräkningen av sannolikheter för olika processer Spinn Fk3002 Kvantfysikes grunder 23