이중슬릿에서 빛의 파동-입자 이중성 측정을 위한 광자 간섭의 정량적 측정과 분석
A Quantitative Measuring and Analysis of a Photon Interference for Measuring Wave-Particle Duality of Light at a Double Slit
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초록
이중성은 양자물리학 학습에서 중요하면서도 혼란스러운 개념이다. 이 연구의 목적은 빛의 파동-입자 이중성을 정량적으로 측정하는 것이다. 이중슬릿을 통과한 광자 신호는 광전증배관으로 검출하였으며, 검출된 광자 신호는 NI DAQ 카드와 LabView를 이용하여 컴퓨터에서 처리하였다. 특별히 이 연구에서는 32ns 시간 동안 간섭계 내부에 하나의 광자가 존재해야 하는 실험적 상황을 확인하기 위하여 핵 시간 분광 모듈을 사용한 동시 신호 측정 방법을 사용하였다. 결과적으로, 우리의 실험 설계에 따라서 광자가 ND80 필터로 충분히 감쇠된 경우 이중슬릿을 이용한 측정에서 빛의 이중성의 실험적 증거를 관측할 수 있었다. 또한 이 연구는 학생들에게는 약간 생소할 수 있는 양자 수준에서 빛을 다루는 여러 실험적 방법 중 하나의 실험 지침을 제시하였다.
Abstract
Wave-particle duality is one of the most perplexing concepts in quantum mechanics. The end goal of this experiment is to measure wave-particle duality of light quantitatively. Our basic experimental approach in this experiment is to attenuate a light source incident on a double slit to such a degree so as to insure single photons state at 32 ns time interval in our designed interferometer. We recorded the final diffracted individual photon signals by the electronic photon detector rather than the usual screen or EM CCD film; the arrival photons were detected by the photon counting photo multiplier tube. The signals were stored in computer electronically by the DAQ card and LabView software. Specifically, we checked the single photon state of incident light by using nuclear coincidence technique to show that there is a single photon in interferometer in 32 ns time interval. As a result, when the light intensity is attenuated down to our designed experimental single photon conditions in our interferometer, we obtained the double slit diffraction pattern electronically with success. Here we also present an experimental method that deals with light as a quantum level to students.
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