Distinctive quantum features of electron intensity correlation interferometry

Summary

Experiments employing intensity correlation of massive fermions, in particular electrons, are proposed that show novel quantum effects not observable by usual amplitude interferometry. The experiments permit new tests of quantum predictions concerning the wavelike properties, exchange symmetry, quantum statistics, and interaction with potentials of multiparticle fermion states. Experimental configurations considered includea) a direct fermion analogue of the optical Hanbury Brown-Twiss (HBT) experiment that manifests fermion antibunching irrespective of beam coherence properties;b) an experiment (with no quantum optical analogue) sharing features of the HBT experiment and Aharonov-Bohm effect that manifests a new quantum influence of confined magnetic flux on charged particles;c) an experiment sharing features of the HBT and Colella-Overhauser-Werner experiments that manifests a new gravity-induced quantum interference effect. In contrast to the intensity correlation of light, for which some fields (e.g. chaotic) can be analysed by either classical or quantum optics, the correlation of fermion intensities requires exclusive use of quantum theory.

Riassunto

Si propongono esperimenti, che utilizzano la correlazione di iutensità dei fermioni dotati di massa, in particolare gli elettroni, i quali mostrano nuovi effetti quantistici non osservabili con la consueta interferometria di ampliezza Gli esperimenti permettono nuovi test di previsione quantistica che riguardano le proprietà di tipo onda, la simmetria di scambio, la statistica quantistica e l’interazione con potenziali degli stati fermionici a moite particelle. Le configurazioni sperimentali considerate comprendono:a) un analogo fermionico diretto dell’esperimento ottico di Hanbury Brown-Twiss che presenta antibunching fermionico indipendentemente dalle proprietà di coerenza del fascio;b) un esperimento (senza analogo ottico quantistico) che presenta insieme le caratteristiche dell’esperimento di HBT e l’effetto di Aharonov-Bohm che mostra una nuova influenza quantistica del flusso magnetico confinato sulle particelle cariche;c) un esperimento che presenta insieme le caratteristiche del HBT e degli esperimenti di Colella-Overhauser-Werner che mostra un nuovo effetto di interferenza quantistica indotto dalla gravità. In contraste con la correlazione d’intensità della luce, per cui alcuni campi (e.g. caotico) si possono analizzare sia con l’ottica classica che con quella quantistica, la correlazione delle intensità fermioniche richiede l’uso esclusivo della teoria quantistica.