اَبا اِباد

Diffraction pattern of an electron after passing through a slit

خاصیت موجی ذرات

در سال ۱۹۲۴، فیزیکدان بزرگ فرانسوی، لویی دو بروی (بعضا گفته می‌شود لوئیس دی بروگلی)، در تز دکترای خودش، فرضیه‌ی بسیار جالبی را مطرح کرد که نقش بسیار مهمی در توسعه‌ی فیزیک کوانتوم داشت.

دو بروی پیش‌بینی کرد که همانگونه که نور در کنار خاصیت موجی، دارای خاصیت ذره‌ای‌ست، ذرات نیز بایستی دارای یک نوع خاصیت موجی باشند.

دو بروی رابطه‌ای برای محاسبه‌ی موج مربوط به ذره پیشنهاد داد که به طول موج دو بروی شناخته می‌شود. البته طبق این رابطه، خاصیت موجی در ذراتی در ابعاد اتمی و زیر اتمی، قابل مشاهده است. به عنوان مثال، طول موج دو بروی مربوط به یک خودروی پراید با وزن نهصد کیلوگرم که با سرعت صد کیلومتر بر ساعت در حال حرکت است، در ابعاد ده به توان منفی سی و هشت متر است. این ابعاد آنقدر کوچک است که خاصیت موجی یک ذره‌ مثل خودروی پراید با این جرم و این سرعت، اصلا قابل مشاهده نیست. اما طول موج دو بروی مربوط به یک ذره‌ی زیر اتمی مانند الکترون، در ابعاد نانومتر و آنگستروم بوده و خاصیت موجی آن، قابل مشاهده است. بررسی این فرضیه‌ی دو بروی، در زمانی که او این فرضیه را ارائه داد، با توجه به پیشرفت تکنولوژی، امکان پذیر شده بود.

اولین آزمایش در این رابطه در سال ۱۹۲۷، توسط جی پی تامسون (فرزند فیزیکدان بزرگ جی‌ جی تامسون) صورت گرفت. او در این آزمایشات، پرتویی از الکترون‌های پرشتاب را به سمت یک کریستال تاباند و در پس آن کریستال، با یک صفحه‌ی عکاسی، اثر الکترون‌ها را ثبت کرد. در صورتی که الکترون‌ها مانند یک ذره‌ی معمولی رفتار می‌کردند، می‌بایست با عبور از شکاف‌های درون کریستال، بدون انحراف زیادی، در یک نقطه جمع می‌شدند. اما همانطور که دو بروی پیش بینی کرده بود، الکترون‌ها به جای اینکه همگی به یک نقطه برسند، شکلی همچون تصویر زیر را ایجاد کردند. این شبیه این است که شما با یک مسلسل، از درون یک شکاف، به سمت یک سیبل شلیک کنید و گلوله‌ها به جای برخورد با سیبل، به نقاطی برخورد کنند که اصلا از پشت شکاف، در تیررس شما نیستند و شما آن نقاط را نمی‌بینید. این آزمایش، به خوبی درستی فرضیه‌ی دو بروی در مورد خاصیت موجی ذرات را اثبات می‌کرد. جی پی تامسون، موفق شد از بابت این آزمایش، نوبل فیزیک ۱۹۲۷ را دریافت کند.

جالب اینجاست که پدرش جی جی تامسون، نوبل فیزیک را از بابت کشف الکترون به عنوان یک ذره، دریافت کرده بود، اما جی پی تامسون، از بابت کشف خاصیت موجی الکترون، نوبل دریافت کرد.
– اَبا اِباد
تصویر : الگوی پراش الکترون، بعد از عبور از درون یک شکاف. اگر الکترون فاقد خاصیت موجی بود، بایستی تنها یک نقطه‌ی روشن در مرکز این تصویر مشاهده می‌شد. حلقه‌های اطراف نقطه‌ی روشن، تداخلات سازنده (جایی که قله‌‌ی موج‌ها روی یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را تقویت می‌کنند) در امواج مربوط به الکترون‌ها را نشان می‌دهد که مشابه الگوی پراش حاصل از نور است.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *