戴维森-革末实验
戴维森-革末实验是克林顿·戴维森与雷斯特·革末设计与研究成功的一个量子力学实验。他们用低速电子入射于镍晶体，取得电子的衍射图案。发表于 1927 年，这实验为德布罗意假说（所有物质都具有波的性质，即波粒二象性），提供了不可否定的证据。因此，戴维森获得了诺贝尔物理学奖。在量子力学的发展史上，这实验证实了其正确性，使得那时刚创立的量子力学，获得了物理学家的广泛接受。
历史 编辑
1924 年，路易·德布罗意发表了他的博士论文。在论文里，他建议一个新颖的点子：所有的物质都具有波的性质[1]。根据德布罗意，粒子的能量 与其物质波的频率 的关系为
- ；
其中， 是普朗克常数；
- 。
这关系称为德布罗意关系。
1926 年，在知道戴维森-革末实验的初步结果之后，瓦尔特·爱尔沙色 (Walter Elsasser) 试着寻找一个能够解释这结果的理论。他发觉，这是电子的衍射现象，类似于 X射线的晶体衍射[2]。
1927 年，在贝尔实验室，戴维森与革末将低速电子入射于一个镍晶体标靶[3]。他们细心地测量散射到每个角度的电子强度。他们发觉衍射图案与威廉·布拉格预测的 X射线的衍射图案相同。戴维森-革末实验证实了德布罗意假说的正确性。这个实验与康普顿散射实验，证实了量子力学理论的一个基本角柱：波粒二象性。
实验 编辑
在戴维森-革末实验里，一个电子枪连续地射出一束电子，以直角角度，入射在一个镍晶体（垂直于晶体的表面）。电子枪内部的金属丝，在经过加热后，释放出热受激态电子。这些电子经过位势差 的加速，给予了它们动能 。在与镍晶体碰撞后，电子会朝各个方向散射出去。使用电子侦测器，可以测量出来电子的散射强度与散射角度的数据关系。在散射角度为 的方向，戴维森与革末发现散射强度特别显著。
布拉格定律 (Bragg's law) 的方程为
- ；
其中， 是正值整数， 是波长， 是晶体表面原子与原子之间的距离， 是入射线与晶体平面之间的角度。
散射角度 与入射角度 的关系是
- 。
代入布拉格定律方程，则可得到
- 。
设定 ， 为镍晶体表面原子与原子之间的距离， 。我们可以计算出，波长是 。这正好是 电子的德布罗意波长。
参阅 编辑
参考文献 编辑
- ^ R. Eisberg, R. Resnick. Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles. Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles 2nd Edition. John Wiley & Sons. 1985. ISBN 0-471-87373-X.
- ^ Rubin, Harry. Walter m. Elsasser. National Academies Press. [2008-08-26]. （原始内容存档于2015-06-14）.
- ^ C. Davisson, L. H. Germer. Reflection of electrons by a crystal of nickel. Nature. 1927,. Vol. 119: 558–560.