Tinjauan Hipotesis Panjang Gelombang De Broglie

Hipotesis De Broglie mengusulkan bahwa semua materi menunjukkan sifat seperti gelombang dan menghubungkan yang diamati panjang gelombang materi untuk momentumnya. Setelah Albert Einsteinteori foton menjadi diterima, pertanyaannya menjadi apakah ini benar hanya untuk cahaya atau apakah objek material juga menunjukkan perilaku seperti gelombang. Inilah bagaimana hipotesis De Broglie dikembangkan.

Dalam 1923 (atau 1924, tergantung pada sumbernya) disertasi doktoralnya, fisikawan Prancis Louis de Broglie membuat pernyataan berani. Mempertimbangkan hubungan panjang gelombang Einstein lambda untuk momentum hal, de Broglie mengusulkan bahwa hubungan ini akan menentukan panjang gelombang masalah apa pun, dalam hubungan:

lambda = h / hal

ingat itu h adalah konstanta Planck

Panjang gelombang ini disebut panjang gelombang de Broglie. Alasan dia memilih persamaan momentum daripada persamaan energi adalah karena tidak jelas, dengan materi, apakah E harus energi total, energi kinetik, atau total energi relativistik. Untuk foton, semuanya sama, tetapi tidak untuk materi.

Dengan asumsi hubungan momentum, bagaimanapun, memungkinkan derivasi dari hubungan de Broglie serupa untuk frekuensi f menggunakan energi kinetik E_k:

f = E_k / h

Hubungan De Broglie kadang-kadang dinyatakan dalam konstanta Dirac, h-bar = h / (2pi), dan frekuensi sudut w dan bilangan gelombang k:

hal = h-bar * dia_k

= h-bar * w

Pada tahun 1927, fisikawan Clinton Davisson dan Lester Germer, dari Bell Labs, melakukan percobaan di mana mereka menembakkan elektron pada target nikel kristal. Pola difraksi yang dihasilkan cocok dengan prediksi panjang gelombang de Broglie. De Broglie menerima Hadiah Nobel 1929 untuk teorinya (pertama kali diberikan untuk Ph. D. tesis) dan Davisson / Germer bersama-sama memenangkannya pada tahun 1937 untuk penemuan eksperimental difraksi elektron (dan dengan demikian membuktikan hipotesis de Broglie).

Eksperimen lebih lanjut telah menganggap hipotesis de Broglie sebagai benar, termasuk varian kuantum dari Eksperimen celah ganda. Percobaan difraksi pada tahun 1999 mengkonfirmasi panjang gelombang de Broglie untuk perilaku molekul sebesar bola bucky, yang merupakan molekul kompleks yang terdiri dari 60 atau lebih atom karbon.

Hipotesis de Broglie menunjukkan bahwa dualitas gelombang-partikel bukan hanya perilaku cahaya yang menyimpang, tetapi lebih merupakan prinsip dasar yang ditunjukkan oleh radiasi dan materi. Dengan demikian, menjadi mungkin untuk menggunakan persamaan gelombang untuk menggambarkan perilaku material, selama kita menerapkan panjang gelombang de Broglie dengan tepat. Ini akan terbukti penting untuk pengembangan mekanika kuantum. Sekarang menjadi bagian integral dari teori struktur atom dan fisika partikel.

Meskipun hipotesis de Broglie memprediksi panjang gelombang untuk ukuran berapa pun, ada batas realistis kapan itu berguna. Sebuah bola bisbol yang dilemparkan ke pelempar memiliki panjang gelombang de Broglie yang lebih kecil dari diameter proton sekitar 20 kali lipat. Aspek-aspek gelombang dari objek makroskopis sangat kecil sehingga tidak dapat diobservasi dalam arti yang bermanfaat, meskipun menarik untuk dipikirkan.