ОПЫТ ДЭВИССОНА — ДЖЕРМЕРА

С изумлением была выслушана диссертация де Бройля, когда он выступил с нею перед учеными Парижского университета в 1924 г. Какой смысл имеет волна, связанная с электроном? В каком смысле электрон, который Томсон отождествил с частицей, имеющей заряд и массу является волной? Ответ на эти вопросы не заставил себя, однако, долго ждать. Американские физики Дэвиссон и Джермер, изучая рассеяние малоэнергичных электронов от поверхности металлического кристалла, обнаружили, что распределение рассеянных электронов имеет странные пики. В 1926 г. на конференции в Оксфорде, где Дэвиссон доложил некоторые из своих предварительных результатов, было высказано предположение, что эти пики обьясняются дифракцией связанных с электронами волн.

Суть опыта Дэвиссона — Джермера [2] состояла в том, что атомы кристалла никеля, который использовался в этом опыте, образуют регулярную конфигурацию, которая ведет себя подобно дифракционной решетке. Максимумы в распределении рассеянных кристаллом электронов находились, согласно данным Дэвиссона, в тех местах, для которых выполнялось условие

Но это условие совпадает с известным условием для максимумов при Дифракции волн.

При дифракции на решетке свет проходит через множество щелей, расположенных на расстоянии друг от друга. Каждую щель можно считать источником прошедшей волны (фиг. 90).

Фиг. 90.

В местах на удаленном экране, куда свет приходит под углом удовлетворяющим условию волны от различных щелей усиливают друг друга, и там наблюдаются максимумы.

Фиг. 91.

Атомы хорошего кристалла ведут себя подобным же образом. Каждый атом является источником вторичной волны. Если атомы расположены на расстоянии друг от друга, то снова в местах на удаленном экране, куда волны приходят под таким углом что они усиливают друг друга, и в этих местах наблюдаются максимумы (фиг. 91).

Поскольку — расстояние между атомами — можно вычислить, — непосредственно измерить, то по положению дифракционных

Фиг. 92. а) схема установки для наблюдения дифракции видимого света. Можно использовать любую непрозрачную пластину с прямым краем; дифракционные полосы лежат близко друг к другу, и их следует изучать на расстоянии порядка метра от препятствия, б) ожидаемое распределение интенсивности света на экране.

максимумов, если считать, что электрон ведет себя подобно волне, можно определить соответствующую длину волны. Полученное значение с точностью до совпало со значением длины волны, следующим из теории де Бройля.

Фиг. 93.

С тех пор было проведено огромное число экспериментов, чтобы выяснить, действительно ли с той или иной частицей связана определенная длина волны. Результаты всех этих экспериментов оказались однозначными. Электроны, протоны и любые другие частицы могут, как и свет, интерферировать, дифрагировать и т. д. На фото 8 и 9 сравниваются дифракционные и интерференционные картины, получающиеся для света и электронов. Даже если электроны проходят через решетку по одному, интерференционная картина все равно возникает, как если бы электрон интерферировал сам с собой. Если же закрыть одну из двух щелей, интерференционная картина, как и в случае света, исчезает.

Пример. Атомы кристалла никеля отстоят друг от друга на расстоянии порядка см. Чтобы дифракционные эффекты были существенными, постоянная решетки должна быть одного порядка с длиной волны электрона. При какой энергии электронов будет наблюдаться дифракционная картина?

Мы хотим, чтобы был не очень маленькой величиной, скажем Тогда, поскольку

Соотношение де Бройля имеет вид

Поэтому

а следовательно, кинетическая энергия

Не только электроны, но и все частицы ведут себя таким же образом. На фиг. 93 представлены для сравнения так называемые дифракционные картины Лауэ, полученные с помощью рентгеновских лучей (электромагнитных волн), электронов и нейтронов,