La lunghezza d'onda di de Broglie

Se gli elettroni sono particelle, quando un fascio di elettroni passa attraverso due fessure ravvicinate, ci si aspetta che due fasci di elettroni più piccoli emergano, e producano due strisce luminose separate dall'oscurità nel mezzo. Inizialmente, con solo pochi elettroni, le macchie localizzate appaiono casualmente sullo schermo. Questo suggerisce un comportamento simile alle particelle.

Tuttavia, man mano che sempre più elettroni passano attraverso le fessure, emerge un modello di interferenza, il segno distintivo del comportamento ondulatorio. Com'è possibile? Ricordiamo che il modello di Bohr proponeva che l'elettrone fosse una particella che orbitava attorno al nucleo.

Il fisico francese Louis de Broglie ipotizzò che l'elettrone potesse esibire proprietà ondulatorie. Lo scienziato suggerì che l'elettrone si comportasse come un'onda stazionaria circolare con una lunghezza d'onda, lambda. La circonferenza di ciascuna orbita contiene un numero intero di lunghezze d'onda.

Alcuni punti sull'onda hanno ampiezza zero:questi sono definiti nodi. De Broglie propose la seguente relazione, in cui la lunghezza d'onda dell'elettrone dipende dalla sua massa e velocità, dove h è la costante di Planck. Maggiore è la velocità dell'elettrone, minore è la sua lunghezza d'onda.

L'ipotesi di de Broglie si estende a tutta la materia e queste onde sono definite onde della materia"Tuttavia, oggetti grandi e macroscopici, come una pallina da golf, non appaiono come onde. Se applichiamo la relazione di de Broglie, il minuscolo valore della costante di Planck diviso per la massa e la velocità della pallina da golf rivela una lunghezza d'onda estremamente piccola, che è troppo esigua per poter essere osservata. Tuttavia, per particelle subatomiche con masse estremamente piccole, come gli elettroni, la loro natura ondulatoria non può essere ignorata.

Quando i raggi X attraversano un cristallo, le onde vengono diffratte e si ottiene un modello di interferenza distintivo, che rivela la disposizione degli atomi nel cristallo. Questa è una tecnica di laboratorio nota come diffrazione dei raggi X.Se un esperimento simile viene eseguito facendo passare elettroni attraverso il cristallo invece dei raggi X, si osserva un comportamento simile. Questa è una prova sperimentale che gli elettroni sono particelle che dimostrano un comportamento simile a un'onda.