Lavenergielektroner: en mer uttalt bølgenatur

1 · Prediker

Et tregelektron har en lengre de Broglie-bølgelengde enn et raskt. Betyr dette at et tregelektrons bølgenatur er lettere eller vanskeligere å observere eksperimentelt?

• Vanskeligere å observere for trege elektroner.
• Lettere — en lengre bølgelengde (sammenlignbar med atomavstander eller spaltestørrelser) gjør diffraksjons- og interferenseffekter mer uttalte og detekterbare.
• Bølgeeffekter avhenger ikke av elektronets bølgelengde.

2 · Oppsett

1. Åpne trege-elektron-bølge-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Disse elektronene beveger seg mye saktere enn i elektron-de-Broglie-eksperimentet.
2. Aktiver de Broglie-bølgelengde-avlesningen.
3. Sett elektronets (lave) kinetiske energi for hvert forsøk og registrer dets de Broglie-bølgelengde.

3 · Samle inn data

Plott bølgelengde λ (y-akse) mot 1/√K (x-akse) for dine tre forsøk. Sammenlign skalaen til disse bølgelengdene med elektron-de-Broglie-eksperimentets.

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn λ = h/√(2m_eK) med K i området 5-20 eV. Sammenlign med tabellen — legg merke til at disse bølgelengdene (hundrevis av pm) er lengre enn elektron-de-Broglie-eksperimentets med høyere energi.
2. Forklar hvorfor senking av kinetisk energi (senking av bevegelsesmengde) alltid øker de Broglie-bølgelengden, med λ = h/p.

5 · Utvid

1. Davisson-Germer-eksperimentet fra 1927 spredde trege elektroner (lignende energier som dette eksperimentet, titalls eV) mot en nikkelkrystall og observerte et diffraksjonsmønster som matchet nøyaktig den forutsagte de Broglie-bølgelengden — den første direkte eksperimentelle bekreftelsen av stoffbølger. Forklar hvorfor trege elektroner (med bølgelengder sammenlignbare med atomavstanden i en krystall) var riktig valg for dette eksperimentet.
2. Teknikker som laseravkjøling kan sakke atomer ned til ekstremt lave kinetiske energier, og gi dem de Broglie-bølgelengder store nok til å observere slående kvantebølgeeffekter (som Bose-Einstein-kondensater). Forklar det generelle prinsippet som knytter «kaldere» til «mer bølgelignende».

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark