데이비슨-거머 실험

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데이비슨-거머 실험(Davisson–Germer experiment)은 1927년에 클린턴 데이비슨레스터 거머가 한 실험으로, 전자같은 입자들이 파동의 성질을 가지고 있다는 드브로이 가설을 검증하였다. 이 파동-입자 이중성의 증거는 역사적으로 양자 역학슈뢰딩거 방정식의 발달에 중요하였다.

역사[편집]

1924년 루이 드 브로이는 모든 물질광자의 파동-입자 이중성을 보인다는 제안을 담은 논문을 발표하였다.[1] 드 브로이에 따르면, 모든 물질과 모든 복사는에서는 똑같이, 입자의 에너지 'E'를 연관된 파동의 주파수 ν플랑크 관계

E=h\nu\,

로 표현할 수 있으며, 입자의 운동량, p드브로이 관계로 알려진 식에 의해 파장, λ로 표현된다.

p=\frac{h}{\lambda},

여기에서 h플랑크 상수이다.

1926년 발터 엘자서(Walter Maurice Elsasser)는 X-선의 파동적 특성이 고체 결정X-선 산란 실험들에 의해 증명되었듯이, 물질의 파동적 특성은 고체 결정의 전자 산란 실험에 의해 조사될 수 있다고 설명했다. [1][2]

1927년 벨 연구소에서, 클린턴 데이비슨과 레스터 거머는 니켈 결정에 느리게 움직이는 전자들을 쏘았다. [3] 반사된 전자의 각도에 따른세기가 측정되었고, X-선에서 브래그에 의해 예측된 것과 같은 회절 현상으로 판명되었다. 이 현상은 조지 패짓 톰슨에 의해 재현되었다.[1] 이 실험은 물질도 파동같은 행동을 보인다는 드브로이 가설을 증명하였다.

이 결과와 아서 콤프턴콤프턴 산란 실험은 파동-입자 이중성 가설을 세웠고, 이는 양자 이론의 근본적인 단계가 되었다.

실험[편집]

실험은 전자 총(electron gun)에서 니켈 결정에 수직으로 입사하도록 발사되는 전자 빔으로 구성된다.

전자 총은 전위차 V로 가속된 (eV의 운동에너지를 갖는(e는 전자의 전하)) 전자들이 열적으로 방출되는 가열된 필라멘트로 구성된다. 전자 검출기는 θ = 50°의 각도에 위치시키고, 그 각도에서 산란된 전자의 수를 측정한다.[1] 드브로이의 관계에 의하면, 54 eV의 빔은 0.165 nm의 파장을 갖는다.이것은 브래그 법칙의 예측과 잘 맞는다.

n\lambda=2d\sin \left(90^{\circ} -\frac{\theta}{2} \right),

여기에서 n = 1, θ = 50°, 그리고 X-선 산란 실험을 통해 얻은 니켈 평면들의 거리 (d = 0.091 nm) [1]가 사용되었다.

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. R. Eisberg, R. Resnick (1985). 〈Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles〉, 《Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles》, 2nd, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-87373-X
  2. H. Rubin. Walter m. Elsasser. National Academies Press. 2008년 8월 26일에 확인.
  3. Davisson, C., L.H. Germer (1927년 4월 16일). The scattering of electrons by a single crystal of nickel. 《Nature》 119 (2998): 558–560. doi:10.1038/119558a0. Bibcode1927Natur.119..558D.

바깥 고리[편집]