Экспериментальное подтверждение гипотезы де-Бройля

В 1923 году в одном из своих докладов Парижской Академии наук де-Бройль говорил о возможных путях экспериментальной проверки своей теории:

«Поток электронов, проходя через узкую щель, должен был бы дать явление дифракции».

Однако первое подтверждение справедливости волновой механики было получено в опытах по интерференции электронов.

2.1. Опыт Дэвиссона –Джермера (1926)

На рис. 13.1 представлена схема этого опыта.

Рис. 13.1

Здесь пучок ускоренных электронов направлялся на монокристалл никеля. Одна из вершин этого кристалла сошлифована перпендикулярно к большой диагонали кристаллической ячейки.

Отраженные электроны улавливались «цилиндром Фарадея», соединенным с гальванометром. Этот измерительный цилиндр мог перемещаться по дуге вокруг кристалла. Сам кристалл тоже мог поворачиваться относительно оси, совпадающей с направлением падающего пучка электронов.

Расстояние между атомными плоскостями монокристалла никеля – d было известно из рентгенографических исследований.

Как следует из графиков рис. 13.2, сила тока рассеянных электронов оказалась максимальной при определенном значении угла рассеяния θ.

Рис. 13.2

Длина волны, соответствующая этому интерференционному максимуму, оказалась равной (см. рис.13.3):

d cosθ = m λ Þ λ = 1.65 Å.

В то же время легко рассчитать длину волны де-Бройля падающих электронов

Здесь: — скорость электронов при ускоряющем напряжении U = 54 В

Рис. 13.3

Совпадение этих длин волн и явилось первым подтверждением волновых свойств частиц – в данном случае электронов.

Вскоре удалось наблюдать экспериментально и дифракцию электронов.

Это явление исследовалось в лабораториях П.С. Тартаковского, Г.П. Томсона, В.А. Фабриканта и др. ученых.

Схемы их опытов очень близки (рис. 13.4)

Рис. 13.4 Рис. 13.5

Тонких пучок ускоренных электронов пронизывал золотую фольгу (в опытах П.С. Тартаковского) и падал на фотопластинку.

Результат дифракции электронов на кристаллической решетке приведен на рис. 13.5.