La longueur d'onde de de Broglie

Si les électrons sont des particules, alors quand un faisceau d'électrons traverse deux fentes étroitement espacées, on s'attend à ce que deux faisceaux d'électrons plus petits émergent et produisent deux bandes lumineuses avec l'obscurité entre les deux. Initialement, avec seulement quelques électrons, des taches localisées apparaissent aléatoirement sur l'écran. Cela suggère un comportement semblable à une particule.

Cependant, comme de plus en plus d'électrons passent à travers les fentes, un modèle d'interférence-la marque du comportement ondulatoire-émerge. Comment est-ce possible? Rappelons que le modèle de Bohr a proposé que l'électron est une particule qui orbite autour du noyau.

Le physicien français Louis de Broglie a postulé que l'électron peut présenter des propriétés d'onde. Il a suggéré que l'électron se comporte comme une onde stationnaire circulaire avec une longueur d'onde, lambda. La circonférence de chaque orbite contient un nombre entier de longueurs d'onde.

Certains points de l'onde ont une amplitude nulle-ce sont des nœuds. De Broglie a proposé la relation suivante, dans laquelle la longueur d'onde de l'électron dépend de sa masse et de sa vitesse, h étant la constante de Planck. Plus la vitesse de l'électron est grande, plus sa longueur d'onde est courte.

L'hypothèse de Broglie s'étend à toute la matière, et ces ondes sont appelées ondes de matière"Cependant, les grands objets macroscopiques, comme une balle de golf, n'apparaissent pas comme des vagues. Si nous appliquons la relation de Broglie, la petite valeur de la constante de Planck divisée par la masse et la vitesse de la balle de golf révèle une longueur d'onde extrêmement faible qui est trop petite pour être observée. Cependant, pour les particules subatomiques avec des masses extrêmement petites-comme les électrons-leur nature ondulatoire ne peut être ignorée.

Lorsque les rayons X traversent un cristal, les ondes sont diffractées, et un motif d'interférence distinctif est obtenu qui révèle la disposition des atomes dans le cristal. C'est la technique de laboratoire connue sous le nom de diffraction des rayons X.Si une expérience similaire est réalisée en faisant passer des électrons à travers le cristal au lieu de rayons X, un comportement similaire est observé. Ceci est une preuve expérimentale que les électrons sont des particules qui démontrent un comportement ondulatoire.