إلكترونات منخفضة الطاقة: طبيعة موجية أوضح

1 · توقّع

للإلكترون البطيء طول موجة دي برولي أطول من السريع. هل يعني ذلك أن الطبيعة الموجية للإلكترون البطيء أسهل أم أصعب ملاحظةً تجريبيًا؟

• أصعب ملاحظةً للإلكترونات البطيئة.
• أسهل — طول موجي أطول (مقارن بالتباعدات الذرية أو أحجام الشقوق) يجعل الانعراج والتداخل أوضح وأسهل كشفًا.
• لا تعتمد التأثيرات الموجية على طول موجة الإلكترون.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة الإلكترون البطيء واضغط إعادة. هذه الإلكترونات أبطأ بكثير من تجربة دي برولي.
2. فعّل قراءة طول موجة دي برولي.
3. اضبط الطاقة الحركية المنخفضة للإلكترون لكل تجربة وسجل طول موجته دي برولي.

3 · اجمع البيانات

ارسم الطول الموجي λ (المحور y) مقابل 1/√K (المحور x) لتجاربك الثلاث. قارن مقياس هذه الأطوال الموجية بتجربة دي برولي.

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب λ = h/√(2m_eK) باستخدام K في مدى 5-20 eV. قارن بالجدول — لاحظ أن هذه الأطوال الموجية (مئات pm) أطول من أطوال تجربة دي برولي ذات الطاقة الأعلى.
2. اشرح لماذا خفض الطاقة الحركية (خفض الزخم) يزيد دائمًا طول موجة دي برولي، باستخدام λ = h/p.

5 · وسّع

1. بدّدت تجربة دافيسون-جيرمر 1927 إلكترونات بطيئة (طاقات مماثلة لهذه التجربة، عشرات eV) على بلورة نيكل ورصدت نمط انعراج طابق طول موجة دي برولي المتنبأ به بالضبط — أول تأكيد تجريبي مباشر لموجات المادة. اشرح لماذا كانت الإلكترونات البطيئة (بأطوال موجية مقارنة للتباعد الذري في بلورة) الاختيار الصحيح لهذه التجربة.
2. تستطيع تقنيات كالتبريد الليزري إبطاء الذرات إلى طاقات حركية دنيا للغاية، فتعطيها أطوال موجة دي برولي كبيرة بما يكفي لملاحظة تأثيرات موجية كمومية لافتة (كمكثفات بوز-أينشتاين). اشرح المبدأ العام الذي يربط «أبرد» بـ«أكثر موجية».

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة