Экспериментальные подтверждения волновых свойств.

Лекция 4. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ.

Гипотеза де Бройля.

Недостатки в теории Бора свидетельствовали о необходимости пересмотра представлений о природе микрочастиц (электронов, протонов). Развитие теории света привело к пониманию того, что фотон подобно любой движущейся частице или телу, обладает энергией, массой и импульсом. Все эти три корпускулярные характеристики фотона связаны с волновыми его характеристиками – длиной волны или частотой. Следовательно, свет обнаруживает корпускулярно-волновой дуализм: в одних явлениях проявляется его волновая природа, и он ведет себя как электромагнитная волна; в других – проявляется корпускулярная природа света, и он ведет себя как поток фотонов.

В 1923 г. Луи де Бройль выдвинул смелую гипотезу, что дуализм не является особенностью одних только оптических явлений, а имеет универсальное значение. Если по мере возрастания частоты света его волновые свойства все труднее обнаружить, то можно предположить существование еще более коротких волн, чем у γ – излучения, связанных каким-то образом с частицами вещества - электронами, протонами, нейтронами. Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де Бройль предположил, что если для фотона мы имели энергию и импульс , то для микрочастицы можно определить соответствующую длину волны и частоту .

Экспериментальные подтверждения волновых свойств.

Если электрон обладает волновыми свойствами, то он должен проявлять эти свойства в таких принципиально волновых явлениях как интерференция и дифракция. Напомню из оптики:

Интерференция - явление наложения когерентных волн, при котором происходит их взаимное усиление или ослабление в зависимости от разности фаз.

Условие максимума выполняется при синфазном сложении. Оптическая разность хода при этом равна четному числу полуволн

Условие минимума – противофазное сложение. Оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн

Дифракция – явление огибания волнами препятствий и попадания волн в область геометрической тени. Например: дифракция света на дифракционной решетке, т.е. системе из прозрачных и непрозрачных полос.

Для того чтобы явление дифракции было достаточно ярко выражено, длина волны должна быть сравнима с размерами препятствия. В прошлом семестре вы рассматривали дифракцию рентгеновских лучей и знаете, что трудно создать искусственную дифракционную решетку для такого излучения, когда λ ~ ( =10^-10м). Дифракцию рентгеновских лучей можно наблюдать при прохождении их через естественную 3-хмерную дифракционную решетку – кристалл.

Рассмотрим схему дифракции рентгеновских лучей.

Дифракционные максимумы образуются при отражении лучей от атомных плоскостей кристалла и их когерентном сложении. Условие максимума интерференции - оптическая разность хода

АВС = 2dsinθ = nλ, n = 0,1,2,3,

d – расстояние между атомными плоскостями, α – угол скольжения.

2dsinθ = nλ

- формула Вульфа - Брэгга для дифракции рентгеновских лучей на кристаллической решетке.