物質の粒子性と波動性の概念把握図2022年04月04日 07:59

 素粒子物理学に沿った物理や化学の専門課程の基礎として、物質は粒子性と波動性を併せ持つものであると教わり、その代表例に光子や電子のスリットを通した干渉縞の実験が説明される。
 粒子は個別の実体なのに、なぜか、スクリーン上にはお互いに連絡しあっているかのような干渉縞ができる。教師はこれが、粒子性と波動性を持っている証拠だと説明する。一方、生徒は、素粒子とは謎の物体だとキツネにつままれたようになり、思考停止に陥り、日本の素粒子物理学の将来はスクリーンのようにますます暗くなる。
 そこで、直感的に素粒子の粒子性と波動性の概念把握ができる(と自画自賛で思った)図を作成してみた。(確かに自分で描いている。)

 この図で、光子又は電子を放射する素粒子源は下部にあり、そこから上方に放射される。各素粒子は大量に放射されるが、個々の粒子は波動性も併せ持っているので微妙に振動しているとみなせる。
 左右のどちらかに各素粒子は到達するが、振動しているのでスリットで回折されることになる。但し、その回折方向は、各素粒子の振動周波数が同じなので(ここが重要だが、教科書には詳しい説明がない)特定の方向にのみ回折されるようになっている。
 左右対称にスリットが配置されているので、あたかも各素粒子が連絡を取っているかのように左右対称の干渉縞ができるということになる。