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电子的双缝干涉实验中，如何做到每次只发射单个电子？
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Atom & Molecule Physics
看了一圈好像确实很缺乏讨论实验细节的科普，反而弄得这个问题愈发神秘。其实主要问题是，长久以来人们都用理所当然的角度去把这个实验写在教科书上，但 1988 年，这个实验才 真正 被做了出来 [1] ，因为实验技术上，说实话，挺富有技巧的。
整个装置示意图如下，我们从左边向右边看
第一步是要获取单个电子，而且还得能控制它。
首先纠正第二个问题： 如何向随机方向发射电子，放块镭让它向四周辐射吗？ 我们根本不希望随机方向发射电子，双缝很小的，随机方向的话大部分电子都浪费掉了，多半朝着反方向跑，一点用的没有，我们想要像激光一样：差不多准直、强度可控的定向电子束。
这里使用一种叫做 场发射电子枪（Field emission gun） 的装置，不知道你没有拆开过白炽灯或者节能灯灯管， 常规的 电子枪和这个原理差别不大，里面是一根特殊的金属丝，通电后就发热了，温度足够高金属中的电子就会“沸腾”到周围环境中。当然不是真的“沸腾”，反正就是太热了就四处飞散。所以常规的电子枪就是随机方向的，然而这没法用。
首先是常规的灯丝太长了，不同位置上来的电子之间差异 [2] 远大于他们的物质波波长（专业的说：不相干），所以首先要把金属丝做一个 特别小 的尖端（大概 100 nm）以保证所有电子都是从一个“点”而不是一根“丝”出来的。
此外，金属丝后端要放一个金属环（阳极），加上非常大的 正 电压。这样金属丝上的电子不是热运动出去的，而是被强大的电场直接拽向阳极，这就是“场发射”了。
出了阳极的电子有很高的速度，我们再装一个金属环然后加上 负 电压，由于电子也带负电所以调节这个电极上的电压就是让电子减速，有些电子动能不够干脆就掉头回去了。这回答了第一个问题： 如何保证每次只发射一个电子通过双缝的？ 答：其实也不是每次都能控制到一个，但只要调节控制极上的电压，电压越大，能够通过的电子越少，总有个电压能让你 平均来讲 每毫秒一个电子的速度通过控制极。
后面还有一些准直的，不太重要就略过。
第二步要制造一个双缝
你肯定不能拿张纸用刀划两个双缝，电子是带电的，所以这里的双缝本质上也是 金属电极， 其实就是接地金属板中开一个缝隙，然后中间有一根带正电的金属丝。正电是为了吸引从两侧经过的电子波函数向中间靠拢，主要还是提高信号强度。如果加负电压直接就向两侧分开了啥也看不到。
最后一个问题反而最简单：对单电子的观察是如何做到的？
用了一张有荧光涂层的 荧光板 ，和日光灯内层涂白的差不多一个原理，电子打上去就会发光。和日光灯的区别在于：一个电子只能产生大约 500 个光子，所以整个荧光片后面有一个光纤捆绑的阵列，每一根光纤的尖端就相当于一个像素，荧光片上的光子直接进入对应位置的光纤，然后再被光电倍增管放大成电信号，输出到显示屏上显示。
当然这是80年代的观察技术了，现在各种电子增强 CCD 什么的，直接整一个这种相机放在荧光片后面大概也行。
最后看到的实验结果长这样，估计各位多半在教材上见过
这里图上每一个点“代表”一个电子，但你得知道这是荧光板被电子打到后发出的荧光，收集起来的样子，并不是电子的样子。
参考
知乎用户
题主作为一个文科生，遇事喜欢追问细节，并且与自己的逻辑思考相印证，比大部分理科生更适合搞科研了。下面我用我不多的教科书知识来回答一下题主的疑问。
1.我们物理其实没有数学那么严密，学物理的第1课就是在讲误差，所以对于控制单电子发射这个问题，我当年上课的时候，老师是这么说的，电子通过阴极（可以理解为一根尖端面积很小的导线）发出，我们利用电压来控制其发射的量，电压到非常小的时候，我们可以近似的认为它是一个一个电子往外发的，具体怎么验证呢？当然是看荧光板上的点是不是一个一个出现的，如果是，那我们觉得对于实验而言，就已经实现了一个一个电子发射的效果。
2.我不知道你问这个问题的目的是什么。根据量子力学的基本原理，但我们控制好电子的动量的时候，电子在空间上的分布，本身就是按照概率来的，就算我的阴极指向某一个具体的方向，电子也不会严格按照一条直线走过去。
3.这个问题表现出了你的思考能力。现在知乎上有很多科普搬运家无脑的搬运了很多国外的科普视频，甚至于有些人为了制造神秘感，故意搞得神神秘秘的，所谓的摄像头拍电子就是一个重要案例。大部分人应该都知道，摄像头拍摄物体的原理是接收到了物体上发射或者反射过来的光，才能成像，而电子身上无疑是不可能发出光来的，再神奇的摄像头也干不了这个事儿。我们在做电子的干涉实验的时候，为了观察电子的点打到哪里，用的是荧光屏，电子在荧光屏上留下的点就是永久的，不可能因为后续发生了变化，原来的点就消失了，所以很多科普视频说什么观察了电子从哪一条缝经过，发现干涉条纹消失了，那基本是胡扯。而一般来说，如果我们想要确定电子通过了哪一条缝，采用的办法是在这条缝上加上电场或者磁场，因为电子带电，通过电磁场的时候就会发生反应，我们也就知道了，他通过了哪一条缝。但是当我们再回到想干电子源的定义，我们就会发现，经过了电场或者磁场的电子，它的状态本身就发生了变化，那么他的相干性就被破坏了，不再发生干涉，那不是很自然的吗？
4.就单光子的制备再解释一下。根据我某位在潘建伟组工作的同学的科普，现在制备单个发射的光子倒是比较容易，采用的是量子点技术，简单讲就是用半导体模拟出一个原子，他在能级跃迁的时候就会发出光子。因为我已经不从事物理这一行当了，所以我也就没有去找文献来看，有兴趣的可以去搜索一下。
最后我要说的是科研也好科普也好，我们都要反对神秘主义，多追问几个为什么，关注细节，关注实验实现。