Elettroni a bassa energia: natura ondulatoria più marcata
1 · Prevedi
Un elettrone lento ha λ maggiore di uno veloce. La sua natura ondulatoria è più facile o più difficile da osservare?
- Più difficile per i lenti.
- Più facile: λ maggiore (comparabile ai passaggi atomici o alle fenditure) rende diffrazione e interferenza più marcate.
- Gli effetti ondulatori non dipendono da λ.
2 · Configurazione
- Apri il preset slow-electron-wave e premi Reimposta. Qui gli elettroni vanno molto più lenti che in electron-de-broglie.
- Attiva la lettura della λ.
- Imposta la KE (bassa) per ogni prova e registra la λ.
3 · Raccogli dati
| Energia cinetica K (eV) | λ di de Broglie (pm) |
|---|---|
| 5.00 | |
| 10.00 | |
| 20.00 |
Traccia λ (asse y) contro 1/√K (asse x) per le tre prove. Confronta la scala con l'altro esperimento.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola λ = h/√(2m_eK) usando K nell'intervallo 5-20 eV. Confronta con la tabella — nota che queste lunghezze d'onda (centinaia di pm) sono più lunghe di quelle dell'esperimento electron-de-broglie a energia maggiore.
- Spiega perché abbassare l'energia cinetica (abbassare la quantità di moto) aumenta sempre la lunghezza d'onda di de Broglie, usando λ = h/p.
5 · Estendi
- Davisson-Germer (1927) diffondeva elettroni lenti (decine di eV) su un cristallo di nichel osservando una figura che combaciava con la λ prevista: la prima conferma diretta delle onde di materia. Spiega perché elettroni lenti (λ comparabile ai passaggi atomici) erano la scelta giusta.
- Il raffreddamento laser porta atomi a energie bassissime, con λ abbastanza grandi da osservare effetti quantistici vistosi (condensati di Bose-Einstein). Spiega il principio che lega «più freddo» a «più ondulatorio».
La fisica dietro questo esperimento
λ di de Broglie a bassa energia
Poiché λ = h/√(2mK), abbassare l'energia cinetica di un elettrone ne aumenta la lunghezza d'onda di de Broglie — le particelle lente, 'fredde', hanno il comportamento ondulatorio più pronunciato e facile da osservare.