토머스 영의 이중슬릿 실험 재현

이 실험은 과학쿠키를 참고로 했음을 미리 알려둔다.

(천원 숍에서 락카+액자+나무집게+면도날+레이저 포인터 등을 활용해 이중슬릿 실험을 가능하게 함. 작은 비용으로도 꽤 정확하게 실험할 수 있는 방법을 알려준 좋은 영상이었다. 이를 몰랐다면, 꽤 고가의 것들을 구비해야 이 실험들을 할 수 있었을 것이다.)

 

https://www.youtube.com/watch?v=lnMWQzizc3E&t=612s

회절 무늬 관측에서 조금 더 나아가 레이저의 파장을 측정해보자. 레이저는 잘 알려진대로 특정 파장의 빛만 나와서 전체적인 실험을 훨씬 쉽게한다.

 

일단 필자의 구성은 이렇다. 아래 왼쪽 레이저와 오른쪽 유리판(이중슬릿)을 통해 사진에는 보이지 않는, 약 5m 뒤의 방 벽에 회절무늬가 맺히도록 했다. 

레이저를 이중슬릿 판에 쏘은 후 약 5m 뒤의 방벽에 투사토록 했다

해당 이중슬릿 부위를 확대해보았다

이중슬릿의 길이를 버니어 캘리퍼스로 측정해보자. 약 1.01 mm 이다. 이중슬릿의 길이를 너무 짧게하면 측정이 어려우므로 처음부터 이중슬릿을 만들때 1mm 정도는 감안하고 만들어두는게 좋다.

방 뒤에 맺힌 회절무늬의 마루와 마루 길이는 대략 3.00 mm이다. 회절무늬가 잘 관측됨을 알 수 있다. 지금생각해보니 하나의 마루와 마루(밝은 점)가 아니라 여러개의 간격을 구해서 개수대로 나누면 길이 측정이 좀더 정확하겠다. 아래 회절무늬가 양쪽에 약간씩 왜곡이 생기는 것은 슬릿이 정확히 직선대로 잘리지 않은 것으로 추정된다. 생각보다 정밀하게 틈을 만들어야 깔끔하게(?) 나온다.

 

 

잘 알려진 이 회절무늬 간격에 대한 공식은 대략 아래와 같고, 측정치를 대입해보자. 자세히 공부해보고 싶은 분은 아래 동영상을 참조하자.

https://www.youtube.com/watch?v=MIUqjJAU19M

 

 (슬릿과 스크린 거리) * (해당 레이저의 파장) = (회절무늬의 마루와 마루 사이의 거리) * (슬릿의 간격)

 4,840 mm * 레이저파장 = 3.00 mm * 1.01 mm

 레이저파장 = 3.03 / 4,840 mm

 레이저파장 = 6.26e-4 mm 

 

으로 구해보면 레이저 파장은 단위 변환하여 626 nm(나노미터)가 나온다. 대략 붉은식 레이저 스펙인 650 nm과 유사하게 측정된다.

 

 토머스 영의 이중 슬릿 실험은 오랜 세월이 지난 지금도 회절무늬를 그때 그대로 보여주고 있고, 정확하게 파장에 따른 방정식대로 구해진다. 상기 구성에 편광필름을 이용하면 우리가 알고 있는 양자역학에 더 가까운 현상들을 관측할 수 있는데 다음에 소개해보도록 하겠다.