El efecto Kapitsa-Dirac es un fenómeno de mecánica cuántica que consiste en la difracción de la materia producida por una onda estacionaria de luz.
[1][2] El efecto fue pronosticado por primera vez como la difracción de electrones a partir de una onda estacionaria de luz por Paul Dirac y Piotr Kapitsa (también conocido como Peter Kapitza) en 1933.
[3] El efecto se basa en la dualidad onda-partícula de la materia según lo establecido por la hipótesis de Broglie en 1924.
En 1924, el físico francés Louis-Victor de Broglie postuló que la materia exhibe una naturaleza ondulatoria, dada por la expresión: donde λ es la longitud de onda de la partícula, h es la constante de Planck y p es el momento de la partícula.
Este hecho forma la base del efecto Kapitsa-Dirac.
Matemáticamente, esto significa que el término de energía cinética de la interacción hamiltoniana puede ser ignorado.
Esto es análogo a la aproximación de una lente delgada en óptica.
Otra incidencia de este efecto es la difracción de los átomos ultrafríos (y por lo tanto, casi estacionarios) por una rejilla óptica pulsando con un período muy corto.
La aplicación de una red óptica transfiere el momento de los fotones que crean la red óptica sobre los átomos.
La frecuencia de retroceso del átomo se puede expresar mediante: donde m es la masa de la partícula.
La energía de retroceso viene dada por El contenido siguiente se basa en la descripción matemática de Gupta.
y la integral duran más que la interacción.
Usando la identidad para las funciones de Bessel del primer tipo,
, la función de onda anterior se convierte en Ahora se puede ver que los estados de momento
se llenan con una probabilidad de
El impulso RMS transversal de las partículas difractadas es, por lo tanto, linealmente proporcional al área del pulso:
La invención del láser en 1960 permitió la producción de luz coherente y, por lo tanto, la capacidad de generar las ondas estacionarias de luz que se requieren para observar el efecto de manera experimental.
Pritchard en el Instituto Tecnológico de Massachusetts.
[5] Se pasó un haz atómico supersónico con impulso transverso sub-retroceso a través de un resonador de onda casi estacionaria y se observó una difracción de hasta 10ħk.
La dispersión de electrones por una intensa onda estacionaria óptica fue realizada experimentalmente por el grupo de M. Bashkansky en los Laboratorios AT&T Bell de Nueva Jersey, en 1988.