데이비슨-거머 실험

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

역사

1924년 루이 드 브로이는 모든 물질이 광자의 파동-입자 이중성을 보인다는 제안을 담은 논문을 발표하였다. 드 브로이에 따르면, 모든 물질과 모든 복사는에서는 똑같이, 입자의 에너지 'E'를 연관된 파동의 주파수 ν와 플랑크 관계

$E=h\nu \,$

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

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

여기에서 h는 플랑크 상수이다.

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

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

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

실험

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. 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) 가 사용되었다.

같이 보기

• 드브로이 파장

외부 링크

• (영어) Page at Hyperphysics project, 조지아 주립 대학교