Do¶wiadczenia potwierdzaj±ce falow± budowê elektronu

DO¦WIADCZENIA POTWIERDZAJ¡CE FALOW¡ BUDOWÊ ELEKTRONU

- Program komputerowy - symulacja do¶wiadczenia

W 1925 roku Clinton Davisson i C.H. Kunsman (a pó¼niej Laster Germer) rozpoczêli przeprowadzanie serii do¶wiadczeñ, które doprowadzi³y do potwierdzenia teorii de Broglie'a. Puszczali oni wi±zkê elektronów pochodz±c± z roz¿arzonej katody na kryszta³ niklu co wywo³ywa³o wtórn± emisjê elektronów z kryszta³u. Liczbê elektronów wysy³anych w ró¿nych kierunkach okre¶lano za pomoc± kolektora - p³ytki metalowej, która zbiera³a elektrony na ni± padaj±ce. Kolektor mo¿na by³o obracaæ dooko³a kryszta³u. Przez przypadek dosz³o do utlenienia jednej z tarcz niklu. Ogrzano j± wiêc, aby usun±æ powsta³± warstwê tlenku niklu. Nastêpnie dokonywano do¶wiadczeñ z t± tarcz±. Okaza³o siê, ¿e wyniki tych do¶wiadczeñ by³y zupe³nie inne ni¿ wcze¶niejszych. Okaza³o siê, ¿e sposób oczyszczania tarczy spowodowa³, i¿ zmieni³a siê ona w du¿y monokryszta³. Elektrony z takiej tarczy by³y emitowane we wszystkich kierunkach, jednak pod pewnymi k±tami obserwowano zwiêkszon± emisjê. Dla wi±zki elektronów o energii 54 MeV k±tem zwiêkszonej emisji by³ k±t oko³o 50⁰. Pêd elektronów dany jest równaniem:

(1)

gdzie: masa spoczynkowa elektronu, E - energia elektronu. K±ty pod jakimi obserwuje siê maksima dyfrakcyjne mo¿na wyznaczyæ znaj±c d³ugo¶æ fali, i budowê siatki dyfrakcyjnej. Z drugiej strony d³ugo¶æ fali mo¿na wyznaczyæ znaj±c k±ty pod jakimi obserwuje siê maksima i charakterystykê siatki. Naukowcy policzyli t± d³ugo¶æ - wysz³a im warto¶æ 1,65*10^-10 metra. Zgodnie z teori± falow± de Broigle'a d³ugo¶æ fali elektronu maj±cej energiê 54 MeV wynosi 1,67*10^-10 metra. Tak dok³adna zgodno¶æ obu warto¶ci potwierdza³a falow± budowê elektronu.

    Równolegle z pracami Davissona i Kunsmana, George Paget Thomson (1892-1975) (syn J.J. Thomsona) przeprowadza³ inne do¶wiadczenie, w którym tak¿e potwierdzi³ falow± strukturê elektronów. Wi±zka elektronów o du¿ej prêdko¶ci (o energii oko³o 10⁴ eV ) by³a kierowana na bardzo cienk± folie metalow± (grubo¶æ folii wynosi³a 10^-5 cm ). Elektrony przechodzi³y przez foliê, jednak w czasie przechodzenia nastêpowa³a dyfrakcja. Na ekranie ustawionym za foli± Thomson zaobserwowa³ pier¶cienie dyfrakcyjne. Pier¶cienie te dowodzi³y, ¿e elektrony maj± strukturê falow±.
    Powy¿sze dwa do¶wiadczenia by³y najwa¿niejszymi do¶wiadczeniami potwierdzaj±cymi falow± naturê elektronu. W 1937 roku Clinton Joseph Davisson i George Paget Thomson otrzymali nagrodê Nobla.
    Jednak nie by³y to jedyne eksperymenty tego typu.
    Na przyk³ad niemiecki naukowiec Rupp zmierzy³ d³ugo¶æ fali elektronów. Wykorzysta³ on fakt ugiêcia wi±zki elektronów padaj±cej na optyczn± siatkê dyfrakcyjn±.

Nied³ugo te¿ do¶wiadczalnie pokazano, ¿e falow± naturê przejawiaj± tak¿e inne cz±steczki.
W roku 1931 Johnson zaobserwowa³ ugiêcie wi±zek cz±steczek wodoru rozpraszanych na kryszta³ach, a w 1938 roku Stern, Eastermann i Frisch zaobserwowali dyfrakcjê wi±zki cz±steczek helu na krysztale.