[도전! 양자역학] 5화, 양자역학의 모든 것이 이 실험 속에 들어있다.

달과 기린을 그려주신
@leesongyi 작가님 고맙습니다.

---

야구공을 두 틈 사이로 던지면 이런 무늬가 만들어진다.

골프공을 던져도
조금 더 작은 무늬

구슬을 던져도
더 작은 무늬

비비탄 총을 쏴도
더더 작은 무늬

모두 두 줄의 무늬가 만들어진다.

아주아주 작은 물체를 던지면 어떻게 될까?

우리 눈에 보이지 않을 정도로 작은
원자나 원자 보다 더 작은 전자를 던지면?

1927년 미국 벨연구소에 있던 클린턴 데이비슨과 레스터 저머가 전자를 사용해 실험했다.

이름하여, 이중슬릿 실험

이는 1801년 토머스 영이 '빛'으로 했던 '이중슬릿 실험'을 '전자'로 바꾼 버전이다.

“양자 역학의 모든 것이
이 실험 속에 들어있다.”
리처드 파인만

그만큼 아주 아주 중요한 실험이다.

실험에 필요한 장비

• 전자를 발생시키는 장치 전자총 : 뜨겁게 달구어진 전선을 사용해 전자들이 튀어나오도록 한다.
• 세로로 긴 틈이 있는 중간판
• 그 뒤에 전자가 부딪혀 위치를 남기는 스크린

전자가 발사되고 슬릿을 통과해 벽에 닿는다.
슬릿이 하나면 하나의 줄이 만들어지지만

두 개의 슬릿(이중슬릿)이 있는 판을 통과하면
이런 무늬가 만들어진다.

Image Credit : Wikimedia Commons

야구공과 달리 두 줄이 아니다.
이런 무늬는 물결과 같은 파동에서 발생한다.

간섭무늬라고 한다.

간섭무늬, Image Credit : Wikimedia Commons

전자는 입자인데, 파동의 무늬가 그려진다.

입자가 만들어내는 무늬가 아니다.
입자는 분명 야구공 실험처럼 두 줄 무늬를 만들어야 하는데, 간섭무늬가 나왔다. 이상하다.

오른쪽 슬릿을 막고 전자를 쏜다.
무늬가 한 줄만 생긴다.

그렇지.

이번에는 왼쪽 슬릿을 막고 전자를 쏜다
똑같이 한 줄만 무늬가 생긴다.

그럼 그렇지.

슬릿 양쪽을 열고 전자를 쏘면
두 줄 무늬가 그려질 거 같은데

간섭무늬가 생긴다.

왜?
혹시 전자들이 서로 간섭해서 그런 게 아닐까?

천천히, 10초에 한 개씩, 전자를 쏜다.
전자가 하나 뿐이니 전자끼리 부딪힐 일이 없다.

전자는 입자니까, 분명...

간섭무늬가 점점 만들어진다.

멘붕

아앗. 또 간섭무늬가 그려진다.

이상하다.
그런데 그게 다가 아니다.

---

배너를 그려주신 @leesol 작가님 고맙습니다.

---

읽고 잘못된 내용이 있으면 알려주시는 분에게는 tipU :)

#kr-science 태그에서 다양한 과학 글을 만나실 수 있습니다.

---

과학 글 더 보기

<지구 바깥, 태양계>
지구 밖 푸른 행성
명왕성을 잊지 말자
카이퍼 벨트와 오르트 구름
인간이 도달한 유일한 천체, 달
하루는 짧고 날은 많았던 지구의 1년
인류가 달의 뒷면을 보기까지
인류는 결코 달에 간 적이 없다?
그림자가 그린 그림
달은 언제 어떻게 만들어졌을까?
만약 달이 없다면?

<지구, 어디까지 가봤니?>
지구 : 지질시대의 서막
모래 알갱이 하나가 들려주는 이야기
젊고 희미한 태양 역설
물과 기름 같은 지구의 내부 구조
지구를 파보면 (feat. 콜라 시추공)

<도전 : 양자역학>
알파-베타-감마
원자를 들여다보다
원자 모형의 역사
모든 곳에 존재하는 전자