Davisson-Germer-Experiment: Unterschied zwischen den Versionen
110.5.69.167 (Diskussion) |
imported>Acky69 K (Ausdruck) |
||
| Zeile 1: | Zeile 1: | ||
Das '''Davisson-Germer-Experiment''' wurde 1927 von [[Clinton Davisson]] und seinem damaligen Assistenten [[Lester Germer]] an den [[Bell Labs|Bell Laboratories]] durchgeführt. | Das '''Davisson-Germer-Experiment''' wurde 1927 von [[Clinton Davisson]] und seinem damaligen Assistenten [[Lester Germer]] an den [[Bell Labs|Bell Laboratories]] durchgeführt. Es war der erste experimentelle Nachweis von [[Interferenz (Physik)|Interferenzerscheinungen]] bei materiellen Teilchen. Damit wurde die von [[Louis de Broglie]] 1924 formulierte [[Hypothese]] der [[Materiewelle]]n bestätigt.<ref>{{Literatur | Autor = Davisson, C. and Germer, L. H. | Titel = Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel| Sammelwerk = Phys. Rev.| Band = 30| Jahr = 1927|Seiten = 705-740}}</ref> 1937 wurde Davisson für dieses Experiment mit dem [[Nobelpreis für Physik]] ausgezeichnet.<ref>{{nobel-ph|1937|Clinton Joseph Davisson}}</ref> | ||
== | == Experiment == | ||
[[ | [[Datei:Davisson-Germer experiment.svg|mini|Aufbau des Experimentes]] | ||
Der | Der Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus einer [[Elektronenquelle]], einem Stück Metall und einem [[Faraday-Becher]] in einer Vakuumkammer. Die [[Elektron]]en treffen mit einer Geschwindigkeit, die über eine [[Beschleunigungsspannung]] geregelt werden kann, auf die Metalloberfläche und werden unter verschiedenen [[Streuwinkel]]n <math>\theta</math> [[Streuung (Physik)|gestreut]]. Mithilfe des Faraday-Bechers wird die [[Intensität (Physik)|Intensität]] der gestreuten Elektronen in Abhängigkeit von <math>\theta</math> gemessen, wobei durch ein elektrisches Gegenfeld sichergestellt wurde, dass nur elastisch gestreute Elektronen detektiert wurden. Im Originalexperiment von 1927 wurde ein geschliffener [[Nickel]]kristall verwendet, und der Elektronenstrahl war senkrecht zur Kristalloberfläche ausgerichtet. | ||
=== Beobachtung === | === Beobachtung === | ||
Klassisch würde man erwarten, dass die Intensität der Elektronen bei | Klassisch würde man erwarten, dass die Intensität der gestreuten Elektronen bei allen Streuwinkeln dieselbe ist – wie z. B. beim Stoß harter Kugeln –, oder nur schwach vom Winkel abhängt. Im Davisson-Germer-Experiment zeigte sich jedoch ein [[Interferenzmuster]] mit deutlichen Maxima und Minima bei bestimmten Winkeln. Unter bestimmten Bedingungen verhalten sich Elektronen also wie [[Welle]]n. Die Lage der Maxima entspricht genau der [[Bragg-Gleichung]], die 1912 von [[William Lawrence Bragg]] für die [[Beugung (Physik)|Beugung]] von [[Röntgenstrahlung]] an Kristallen aufgestellt wurde, wenn den Elektronen die Wellenlänge der von de Broglie vorgeschlagenen Materiewellen zugeschrieben wird. | ||
== Historisches == | == Historisches == | ||
Im Jahr 1924 stellte Louis de Broglie die Hypothese auf, dass Materie Eigenschaften aufweist, die denen einer Welle entsprechen. Eine der Folgerungen ist, dass es bei Teilchen zu Interferenz kommen kann. [[Walter Elsasser]] schlug 1925 vor, die Welleneigenschaft langsamer Elektronen durch Streuung an Einkristallen zu belegen. Weder die Arbeiten von de Broglie noch Elsassers Vorschlag waren Davisson und Germer zu Beginn ihres Experiments bekannt.<ref name="Tipler"/> Die Wellenlänge von Elektronen ist sehr klein, weswegen Objekte, an denen | Davisson und Germer hatten Andeutungen einer Interferenz zufällig schon 1925 beobachtet, nachdem versehentlich Luft in die Versuchsvorrichtung eingedrungen war und der Nickelkristall danach zum Entfernen der entstandenen Oxidschicht erhitzt worden war. Dabei hatten sich an der Kristalloberfläche monokristalline Strukturen gebildet, in der Ausdehnung vergleichbar zu der des Elektronenstrahls.<ref name="Tipler">{{cite book|author=Paul Allen Tipler, Ralph A. Llewellyn|title=Moderne Physik|url=https://books.google.de/books?id=JtzjB56JAdMC&pg=PA242&hl=de|accessdate=14. April 2013|date=November 2009|publisher=Oldenbourg Verlag|isbn=978-3-486-58275-8|pages=242–}}</ref> | ||
Im Jahr 1924 stellte Louis de Broglie die Hypothese auf, dass Materie Eigenschaften aufweist, die denen einer Welle entsprechen. Eine der Folgerungen ist, dass es bei Teilchen zu Interferenz kommen kann. [[Walter Elsasser]] schlug 1925 vor, die Welleneigenschaft langsamer Elektronen durch Streuung an Einkristallen zu belegen. Weder die Arbeiten von de Broglie noch Elsassers Vorschlag waren Davisson und Germer zu Beginn ihres Experiments bekannt.<ref name="Tipler"/> | |||
Die Wellenlänge von Elektronen ist sehr klein, weswegen Objekte, an denen deutliche Beugungsphänomene auftreten können, auch sehr klein sein müssen. Bis zur Beugung am [[Doppelspalt]] sollte es daher noch fast 40 Jahre dauern: erst 1959 gelang [[Claus Jönsson]] an der [[Eberhard Karls Universität Tübingen|Universität Tübingen]] ein entsprechendes Experiment. | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
Aktuelle Version vom 26. Februar 2022, 19:49 Uhr
Das Davisson-Germer-Experiment wurde 1927 von Clinton Davisson und seinem damaligen Assistenten Lester Germer an den Bell Laboratories durchgeführt. Es war der erste experimentelle Nachweis von Interferenzerscheinungen bei materiellen Teilchen. Damit wurde die von Louis de Broglie 1924 formulierte Hypothese der Materiewellen bestätigt.[1] 1937 wurde Davisson für dieses Experiment mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.[2]
Experiment
Der Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus einer Elektronenquelle, einem Stück Metall und einem Faraday-Becher in einer Vakuumkammer. Die Elektronen treffen mit einer Geschwindigkeit, die über eine Beschleunigungsspannung geregelt werden kann, auf die Metalloberfläche und werden unter verschiedenen Streuwinkeln $ \theta $ gestreut. Mithilfe des Faraday-Bechers wird die Intensität der gestreuten Elektronen in Abhängigkeit von $ \theta $ gemessen, wobei durch ein elektrisches Gegenfeld sichergestellt wurde, dass nur elastisch gestreute Elektronen detektiert wurden. Im Originalexperiment von 1927 wurde ein geschliffener Nickelkristall verwendet, und der Elektronenstrahl war senkrecht zur Kristalloberfläche ausgerichtet.
Beobachtung
Klassisch würde man erwarten, dass die Intensität der gestreuten Elektronen bei allen Streuwinkeln dieselbe ist – wie z. B. beim Stoß harter Kugeln –, oder nur schwach vom Winkel abhängt. Im Davisson-Germer-Experiment zeigte sich jedoch ein Interferenzmuster mit deutlichen Maxima und Minima bei bestimmten Winkeln. Unter bestimmten Bedingungen verhalten sich Elektronen also wie Wellen. Die Lage der Maxima entspricht genau der Bragg-Gleichung, die 1912 von William Lawrence Bragg für die Beugung von Röntgenstrahlung an Kristallen aufgestellt wurde, wenn den Elektronen die Wellenlänge der von de Broglie vorgeschlagenen Materiewellen zugeschrieben wird.
Historisches
Davisson und Germer hatten Andeutungen einer Interferenz zufällig schon 1925 beobachtet, nachdem versehentlich Luft in die Versuchsvorrichtung eingedrungen war und der Nickelkristall danach zum Entfernen der entstandenen Oxidschicht erhitzt worden war. Dabei hatten sich an der Kristalloberfläche monokristalline Strukturen gebildet, in der Ausdehnung vergleichbar zu der des Elektronenstrahls.[3]
Im Jahr 1924 stellte Louis de Broglie die Hypothese auf, dass Materie Eigenschaften aufweist, die denen einer Welle entsprechen. Eine der Folgerungen ist, dass es bei Teilchen zu Interferenz kommen kann. Walter Elsasser schlug 1925 vor, die Welleneigenschaft langsamer Elektronen durch Streuung an Einkristallen zu belegen. Weder die Arbeiten von de Broglie noch Elsassers Vorschlag waren Davisson und Germer zu Beginn ihres Experiments bekannt.[3]
Die Wellenlänge von Elektronen ist sehr klein, weswegen Objekte, an denen deutliche Beugungsphänomene auftreten können, auch sehr klein sein müssen. Bis zur Beugung am Doppelspalt sollte es daher noch fast 40 Jahre dauern: erst 1959 gelang Claus Jönsson an der Universität Tübingen ein entsprechendes Experiment.
Einzelnachweise
- ↑ Davisson, C. and Germer, L. H.: Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel. In: Phys. Rev. Band 30, 1927, S. 705–740.
- ↑ Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1937 an Clinton Joseph Davisson (englisch)
- ↑ 3,0 3,1 Paul Allen Tipler, Ralph A. Llewellyn: Moderne Physik.. Oldenbourg Verlag, November 2009, ISBN 978-3-486-58275-8, S. 242– (Zugriff am 14. April 2013).
