Prinsip Dualitas Gelombang Partikel

Dengan perkembangan Efek fotoelektrik, Efek Crompton, dan Model atom Bohr, ide bahwa cahaya atau radiasi secara umum, terdiri dari partikel atau Kuantum diskrit mulai mendapatkan popularitas yang luas.
Namun, Prinsip Huygens yang sudah mapan dan hasil eksperimen celah ganda Young membuat jelas bahwa cahaya adalah gelombang, bukan aliran partikel.

Pola interferensi yang mencolok yang diamati dengan melewatkan cahaya melalui dua celah pasti merupakan hasil dari sifat gelombang cahaya. Ini kembali menimbulkan kontroversi tentang sifat cahaya. Pada tahun 1704, Newton juga telah mengusulkan sifat partikel cahaya melalui teori korpuskularnya.

Tidak ada dari kedua teori tersebut yang cukup memadai untuk menjelaskan semua fenomena yang terkait dengan cahaya. Oleh karena itu, para ilmuwan mulai menyimpulkan bahwa cahaya memiliki sifat gelombang dan partikel. Pada tahun 1924, seorang fisikawan Prancis, Louis de Broglie, mengajukan sebuah teori. Dia menyarankan bahwa semua partikel di alam semesta ini juga memiliki sifat gelombang, yaitu segala sesuatu di dunia ini, baik itu foton kecil atau gajah raksasa, semuanya memiliki gelombang yang terkait dengannya, meskipun sifat gelombangnya mungkin tidak terlihat. Dia menetapkan panjang gelombang untuk setiap materi dengan massa m dan momentum p sebagai

Di mana, h adalah konstanta Planck dan p = mv, v adalah kecepatan benda.

Oleh karena massa gajah yang sangat besar, ia memiliki momentum yang sangat signifikan dan oleh karena itu memiliki panjang gelombang yang sangat kecil, yang kita tidak dapat perhatikan. Namun, partikel-partikel kecil seperti elektron, dll. memiliki massa yang sangat kecil dan oleh karena itu memiliki panjang gelombang atau sifat gelombang yang sangat terlihat. Teori de Broglie ini juga membantu kita menjelaskan keberadaan orbit diskrit dalam model atom Bohr. Elektron akan berada di orbit jika panjangnya sama dengan kelipatan integral dari panjang gelombang alami, jika tidak dapat menyelesaikan panjang gelombangnya maka orbit tersebut tidak akan ada.

Pengembangan lebih lanjut oleh Davisson dan Germer tentang difraksi elektron dari kristal dan pola interferensi serupa yang diperoleh setelah membombardir celah ganda dengan elektron telah menguatkan teori gelombang materi de Broglie atau teori dualitas gelombang partikel.

Efek Compton

Dalam efek fotoelektrik, cahaya menyerang logam dalam bentuk sinar partikel yang disebut foton. Energi satu foton memberikan energi fungsi kerja satu elektron serta menyediakan energi kinetik untuk elektron yang dipancarkan. Foton-foton ini adalah perilaku partikel dari gelombang cahaya. Sir Albert Einstein mengusulkan bahwa cahaya adalah efek kolektif dari sejumlah besar paket energi yang disebut foton, di mana setiap foton mengandung energi hf. Di mana h adalah konstanta Planck dan f adalah frekuensi cahaya. Ini adalah perilaku partikel dari gelombang cahaya. Perilaku partikel dari gelombang cahaya atau gelombang elektromagnetik lainnya dapat dijelaskan oleh efek Compton.

Dalam eksperimen ini, satu sinar X dengan frekuensi fo dan panjang gelombang λo ditujukan pada elektron. Setelah sinar X insiden menyerang elektron, ditemukan bahwa elektron dan sinar X insiden tersebar ke dua sudut yang berbeda terhadap sumbu sinar X insiden. Tabrakan ini mengikuti prinsip konservasi energi seperti tabrakan partikel Newtonian. Ditemukan bahwa setelah tabrakan, elektron dipercepat ke arah tertentu dan sinar X insiden didifraksikan ke arah lain, dan juga diamati bahwa sinar yang didifraksikan memiliki frekuensi dan panjang gelombang yang berbeda dari sinar X insiden. Karena energi foton bervariasi dengan frekuensi, dapat disimpulkan bahwa sinar X insiden kehilangan energi selama tabrakan dan frekuensi sinar yang didifraksikan selalu lebih rendah dari sinar X insiden. Energi yang hilang dari foton sinar X berkontribusi pada energi kinetik untuk pergerakan elektron. Tabrakan sinar X atau fotonnya dengan elektron mirip dengan tabrakan partikel Newtonian seperti bola Billiard.

Energi foton diberikan oleh

Oleh karena itu, momentum foton dapat dibuktikan sebagai

Yang dapat ditulis sebagai,

Dari persamaan (1) dapat disimpulkan bahwa gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang λ akan memiliki foton dengan momentum p.
Dari persamaan (2) dapat disimpulkan bahwa partikel dengan momentum p terkait dengan panjang gelombang λ. Itu berarti gelombang memiliki karakteristik partikel, partikel yang bergerak juga menunjukkan perilaku gelombang.

Seperti yang telah kita katakan, kesimpulan ini pertama kali ditarik oleh De Broglie dan oleh karena itu dikenal sebagai hipotesis De Broglie. Sebagai panjang gelombang partikel yang bergerak dinyatakan sebagai

Di mana, p adalah momentum, h adalah konstanta Planck, dan panjang gelombang λ disebut sebagai panjang gelombang De Broglie. De Broglie menjelaskan bahwa ketika elektron mengorbit di sekitar inti, ia juga akan memiliki perilaku gelombang bersama dengan karakteristik partikelnya.

Eksperimen Divission dan Germer

Sifat gelombang elektron dapat dibuktikan dan ditetapkan dengan berbagai cara, tetapi eksperimen yang paling populer adalah Divission dan Germer pada tahun 1927. Dalam eksperimen ini, mereka menggunakan sinar elektron yang dipercepat yang biasanya menyerang permukaan blok nikel. Mereka mengamati pola elektron yang tersebar setelah menyerang blok nikel. Mereka menggunakan monitor densitas elektron untuk tujuan ini. Meskipun diharapkan bahwa elektron harus tersebar setelah tabrakan pada sudut yang berbeda terhadap sumbu sinar elektron insiden, namun dalam eksperimen sebenarnya ditemukan bahwa densitas elektron yang tersebar lebih banyak pada sudut tertentu daripada yang lain. Distribusi sudut elektron yang tersebar ini sangat mirip dengan interferensi difraksi cahaya. Oleh karena itu, eksperimen ini dengan jelas menunjukkan keberadaan dualitas gelombang partikel elektron. Prinsip yang sama dapat diterapkan pada proton dan neutron juga.

Pernyataan: Hormati aslinya, artikel yang baik layak dibagikan, jika terdapat pelanggaran silakan hubungi untuk dihapus.