Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства вещества

Исходя из корпускулярно-волнового дуализма световых явлений, Луи де-Бройль в 1924 г. выдвинул гипотезу о том, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальное значение.

Предположив, что частицы вещества обладают волновыми свойствами, де Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от волновой картины, которые справедливы для света. Если фотон обладает энергией и импульсом:

, p = 2 , (33.1)

то, по аналогии, движение частицы массой со скоростью связано с некоторым волновым процессом, для которого характерна длина волны:

(33.2)

и частота

(33.3)

Эта гипотеза была экспериментально подтверждена в 1927 году в опытах Дэвиссона и Джермера, которые исследовали отражение пучка электронов от монокристалла никеля. Оказалось, что интенсивность отраженного пучка зависит от угла падения электронов, причем максимум наблюдается при угле, соответствующем отражению от атомных плоскостей (см. рисунок), расстояние между которыми было уже известно из рентгенографических исследований. При заданном угле падения интенсивность зависела от энергии электронов, т.е. длины волны. Максимум наблюдался при энергии, соответствующей длине волны 1,67 , а длина волны, удовлетворявшая условию Брэгга , равнялась 1,68 .

В 1927 г. Томсон, и независимо, Тартаковский получили картину при прохождении электронного пучка через металлическую фольгу. Штерн показал, что дифракционные явления обнаруживаются и для атомарных пучков, причем длина волны удовлетворяла соотношению (33.2).

В перечисленных опытах через кристалл одновременно проходило большое число частиц. Можно было предположить, что дифракционная картина обусловлена одновременным участием в процессе большого количества частиц, а отдельная частица, проходя через кристалл, волновых свойств не обнаруживает. В связи с этой возможностью Биберман, Сушкин и Фабрикант осуществили в 1949 году контрольный эксперимент, в котором промежуток времени между двумя последовательными прохождениями частиц через прибор в 30000 превосходил время прохождения через прибор одной частицы. Была получена дифракционная картина, не отличающаяся от картины при большой интенсивности пучка. Таким образом, было доказано, что волновые свойства присущи отдельной частице.