Πώς το πείραμα Davisson και Germer επιβεβαιώνει τη φύση κύματος του ηλεκτρονίου;
1. Το πείραμα:
* Ρύθμιση: Ο Davisson και ο Germer μελετούσαν την επιφάνεια ενός κρυστάλλου νικελίου βομβαρδίζοντας με ηλεκτρόνια. Χρησιμοποίησαν θάλαμο κενού για να ελαχιστοποιήσουν τις παρεμβολές από τα μόρια αέρα.
* Το απροσδόκητο: Κατά τη διάρκεια του πειράματός τους, έδειξαν τυχαία το κρύσταλλο νικελίου στον αέρα, γεγονός που προκάλεσε σχηματισμό στρώματος οξειδίου. Στη συνέχεια θερμάνθηκαν τον κρύσταλλο για να αφαιρέσουν το στρώμα οξειδίου, αλλάζοντας ακούσια τη δομή του κρυστάλλου. Αυτή η αλλαγή στη δομή του κρυστάλλου είχε ως αποτέλεσμα ένα νέο και απροσδόκητο αποτέλεσμα.
* Η παρατήρηση: Όταν επανέλαβαν τον βομβαρδισμό του ηλεκτρονίου τους, παρατηρούσαν μια απότομη κορυφή στην ένταση των διασκορπισμένων ηλεκτρονίων σε συγκεκριμένη γωνία. Αυτή η κορυφή δεν αναμενόταν με βάση την κλασσική φυσική, η οποία προέβλεψε ότι τα ηλεκτρόνια θα πρέπει να διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις.
2. Η ερμηνεία:
* Υπόθεση του De Broglie: Ο Louis de Broglie είχε προτείνει ότι τα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονίων, οι ιδιότητες που μοιάζουν με κύματα. Πρότεινε ότι το μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου είναι αντιστρόφως ανάλογο της ορμής του, που δίνεται από την εξίσωση λ =h/p, όπου το 'H' είναι σταθερό και 'P' του Planck.
* διάθλαση: Η αιχμηρή κορυφή που παρατηρήθηκε από τους Davisson και Germer ήταν σύμφωνη με το φαινόμενο της περίθλασης. Η διάθλαση συμβαίνει όταν τα κύματα συναντούν ένα εμπόδιο ή ένα διάφραγμα με μέγεθος συγκρίσιμο με το μήκος κύματος τους. Το μοτίβο που σχηματίζεται από διάθλαση των κυμάτων χαρακτηρίζεται από παρεμβολές, οδηγώντας σε κορυφές και κοιλότητες σε ένταση.
* επιβεβαίωση: Η γωνία με την οποία εμφανίστηκε η κορυφή στο πείραμα Davisson-Germer ταιριάζει απόλυτα με τη γωνία που προβλέπεται από τον νόμο περίθλασης του Bragg, ο οποίος περιγράφει την περίθλαση των ακτίνων Χ από κρυστάλλους. Αυτή η ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των πειραματικών αποτελεσμάτων και της θεωρίας των κυμάτων των ηλεκτρονίων επιβεβαίωσε την υπόθεση του de Broglie και απέδειξε ότι τα ηλεκτρόνια πράγματι εμφανίζουν συμπεριφορά που μοιάζει με κύματα.
3. Η σημασία:
Το πείραμα Davisson-Germer σηματοδότησε μια κεντρική στιγμή στη φυσική. Το:
* Επιβεβαιωμένη υπόθεση του De Broglie: Κατέδειξε ότι τα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα, μια επαναστατική έννοια που αμφισβήτησε την κλασσική φυσική.
* ίδρυσε τη δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων: Έδειξαν ότι τα ηλεκτρόνια διαθέτουν τόσο ιδιότητες σωματιδίων όσο και κυμάτων, μια θεμελιώδη αρχή της κβαντικής μηχανικής.
* άνοιξε το δρόμο για περαιτέρω έρευνα: Το πείραμα παρείχε τα θεμέλια για την ανάπτυξη ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, ένα ισχυρό εργαλείο για τα υλικά απεικόνισης στη νανοκλίμακα.
Συμπερασματικά, το πείραμα Davisson και Germer απέδειξε τη φύση των κυμάτων των ηλεκτρονίων μέσω της παρατήρησης της διάθλασης ηλεκτρονίων. Αυτό το πείραμα ορόσημο όχι μόνο επικύρωσε την υπόθεση του De Broglie, αλλά και επανάσταση στην κατανόησή μας για τη θεμελιώδη φύση της ύλης και άνοιξε το δρόμο για την ανάπτυξη της σύγχρονης κβαντικής μηχανικής.
