マイケルソン干渉計実験は、干渉計を使用して光ビームを 2 つのビームに分割し、各ビームをミラーで反射させてから、ビームを再結合する実験です。得られた干渉パターンは、実験の結果を理解するために調査されます。
干渉計は、科学および工学の調査目的で使用される実験ツールです。これらは、人間の目やほとんどの測定機器では認識しにくいスケールで非常に小さな測定を行うためによく使用されます。陽子の 1/10,000 の精度で測定できる特定の干渉計があります。干渉機械を発明したのはアルバート・マイケルソンで、驚くべきことに、彼は19世紀に発明しました。実際、物理学者がその時点まで光が通過する媒体として存在すると信じていた発光性エーテルの存在を反証したのは、マイケルソン・モーリーの実験でした。エーテルが反証されたという事実は、特殊相対性理論と現代物理学の誕生への道を開いた.では、マイケルソン干渉計の構成を見てみましょう。
(写真提供:Stannered/Wikimedia Commons)
干渉パターンとは?
干渉計の動作と構造をよりよく理解するために、干渉とは何かを見てみましょう。水域に石を投げたことがあるなら、干渉とは何かをすでに知っています。石が水に飛び込むと、同心円状の波が石の侵入点から離れます。これらの同心円が 2 つ以上交差すると、波の形状が変化します。前の 2 つの交差する波から生じる波の形状の変化は、干渉として知られています。 .
干渉パターン。
干渉の原理は非常に直感的で理解しやすいものです。上の図は、2 種類の干渉を示しています:総建設的干渉 および完全な破壊的干渉 . 1 つの波のピークが 2 次波のピークと融合すると、全体的な建設的干渉が発生します。それらが合わさり、新しい波が形成されます。完全な破壊的干渉では、ある波のピークが同じ大きさの別の波の谷に出会います。これが発生すると、2 つの波は互いに打ち消し合います。
Seiche (黒い色の波)
ある波が別の波と歩調を合わせている程度をフェーズと呼びます .建設的または破壊的な干渉が画面に照射されると、干渉パターンとして知られる明るいパターンと暗いパターンが作成されます .干渉計によって作成された干渉パターンは、研究者が実験結果を理解するために研究するものです。
設定
マイケルソン干渉計では、レーザー ビームがビーム スプリッターを通過します。名前が示すように、ビームを異なるビームに分割します。一方の光線はまっすぐ通過し、他方の光線は他方の光線から 90° の角度で反射されます。これはポイント C で発生します。各ビームは干渉計のアームを下って移動し、ミラーに遭遇します。ミラーは 2 つのビームを反射してビーム スプリッターに戻します。 2 つの光線が C' で結合するポイントは、干渉パターンが発生するポイントです。
干渉パターンは点 C から反射され、干渉パターンは検出器に偏向されます。 2 つの戻りビームの間に角度が存在する場合、レコーダはそれを正弦波フリンジ パターンとして記録します。角度が存在せず、戻りビームが完全に空間的に整列している場合、干渉パターンは形成されず、一定強度のビームのみが生成されます。ただし、ビームのこのような完全な位置合わせは、実験室の設定で達成することは困難であり、極度の精度が必要です。
(写真提供:Stigmatella/Wikimedia Commons)
マイケルソンの実験におけるフリンジの形成は、上の図に示されています。観察者は、ビーム スプリッタを通して見たミラー M1 の直接ビューと、M としての M2 の虚像を持っています。 2'.最初のセットアップで形成されるフリンジは、虚像 S1' および S2 から来る光として解釈できます。 ' を元のソース S に合わせます。作成される干渉パターンの性質は、光源の性質とミラーの向きによって異なります。ミラーが互いに対してわずかに傾いている場合、干渉パターンは円錐曲線の形をとります。 M1 と M2' が重なると干渉します。直線、平行、等間隔の画像で構成されるパターン。干渉計の干渉パターンの変化は、さまざまな物体 (または粒子) の研究と測定に使用できます。
