Dalga Parçacık İkiliği Prensibi

Fotoelektrik etki, Crompton etkisi ve Bohr'un atom modeli ile birlikte, genel olarak ışık veya radyasyonların parçacıklardan veya ayrık Kuantumlar oluştuğu fikri yaygınlaşmaya başladı.
Ancak, Huygens Prensibi ve Young'ın çift yarık deneylerinin sonuçları, ışığın dalga olduğunu ve parçacık akımı olmadığını çok açıkça gösteriyordu.

Çift yarık üzerinden geçen ışığın oluşturduğu çarpıcı interferans deseni, kesinlikle ışığın dalga doğasının bir sonucuydu. Bu, tekrar ışığın doğası konusundaki tartışmalara yol açtı. 1704'te Newton, kendi corpuscular teorisinde ışığın parçacık doğasını önermişti.

İki teoriden hiçbiri, ışıkla ilgili tüm olguları açıklamak için yeterli değildi. Böylece bilim insanları, ışığın hem dalga hem de parçacık doğasına sahip olduğunu düşünmeye başladı. 1924 yılında, Fransız fizikçi Louis de Broglie, her parçacığın bu evrende dalga doğasına da sahip olduğunu öneren bir teori geliştirdi. Yani, dünyadaki her şey, küçük bir foton olsun, büyük bir fil olsun, kendine ait bir dalga ile ilişkilidir. Dalga doğasının fark edilip edilememesi başka bir meseledir. Her maddeye, m kütle ve p momentumlu bir dalga boyu atadı:

Burada, h Planck sabiti ve p = mv, v ise cismin hızıdır.

Böylece, filin büyük kütlesi nedeniyle oldukça önemli bir momentumu olduğu için, dikkat edemediğimiz çok küçük bir dalga boyuna sahiptir. Ancak elektron gibi küçük parçacıklar, çok küçük kütleye sahip oldukları için, oldukça belirgin bir dalga boyuna veya dalga doğasına sahiptir. De Broglie'nin bu teorisi, Bohr'un atom modelindeki orbitlerin ayrık varlığını açıklamamıza yardımcı olur. Bir elektron, doğal dalga boyunun tam katı olan bir yörüngede bulunabilir, eğer dalga boyunu tamamlayamazsa, bu yörünge mevcut olmayacaktır.

Davisson ve Germer'in kristalden elektron difraksiyonu ve elektronlarla çift yarık bombardımanı sonrası elde edilen benzer bir interferans deseni, de Broglie'nin madde dalga teorisini veya dalga parçacık çiftliği teorisini güçlendirmiştir.

Compton Etkisi

Fotoelektrik etkide, ışık, foton adı verilen parçacık birleşiminde metal üzerine çarpar. Bir fotonun enerjisi, bir elektronun çalışma fonksiyonu enerjisine katkıda bulunur ve aynı zamanda emilen elektronun kinetik enerjisini sağlar. Bu fotonlar, ışık dalganın parçacık benzeri davranışıdır. Sir Albert Einstein, ışığın, her biri hf enerjisi içeren foton adı verilen enerji paketlerinin toplu etkisi olduğunu önerdi. Burada h, Planck sabiti ve f, ışığın frekansıdır. Bu, ışık dalgasının parçacık benzeri davranışıdır. Işık dalgasının veya diğer elektromanyetik dalgaların parçacık benzeri davranışı, Compton etkisi ile açıklanabilir.

Bu deneyde, fo frekanslı ve λo dalga boyulu bir x-ışın demeti bir elektrona çarptı. X-ışını elektronu vurduktan sonra, elektron ve x-ışın, gelen x-ışının eksenine göre iki farklı açıya dağıldığı tespit edildi. Bu çarpışma, Newton parçacıklarının çarpışması gibi enerji koruma prensibini takip eder. Çarpışmanın ardından, elektron belirli bir yöne ivme kazandığı ve gelen x-ışının başka bir yöne difrakte edildiği görüldü. Ayrıca, difrakte edilen ışının frekansı ve dalga boyu, gelen ışından farklı olduğu da gözlemlendi. Fotonun enerjisinin frekansla değiştiği düşünülürse, gelen x-ışının çarpışma sırasında enerji kaybettiği ve difrakte edilen ışının frekansının her zaman gelen ışından düşük olduğu sonucuna varılabilir. Bu kaybedilen x-ışın fotonunun enerjisi, elektronun hareketi için kinetik enerji sağlar. Bu x-ışın veya fotonun ve elektronun çarpışması, Newton parçacıkları gibi bir topun çarpışmasına benzerdir.

Fotonun enerjisi şu şekilde verilir:

Bu nedenle, fotonun momenti şu şekilde kanıtlanabilir:

Bu şu şekilde yazılabilir:

Denklemden (1) şu sonuç çıkarılabilir: λ dalga boyuna sahip bir elektromanyetik dalga, p momentine sahip fotonlarla ilişkilidir.
Denklemden (2) şu sonuç çıkarılabilir: p momentine sahip bir parçacık, λ dalga boyu ile ilişkilidir. Yani, dalga parçacık benzeri özelliklere sahipken, parçacık hareket halindeyken dalga benzeri davranış sergiler.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, bu sonuç ilk olarak De Broglie tarafından çıkarıldı ve bu nedenle De Broglie hipotezi olarak bilinir. Hareket halindeki parçacığın dalga boyu şu şekilde ifade edilir:

Burada, p moment, h Planck sabiti ve λ dalga boyu, De Broglie dalga boyu olarak adlandırılır. De Broglie, elektronların çekirdek etrafında dönerken, parçacık benzeri özelliklerinin yanı sıra dalga benzeri davranışlarını da sergilediğini açıkladı.

Davisson ve Germer Deneyi

Elektronların dalga doğasını birçok farklı yolla kanıtlanabilir, ancak en popüler deney 1927 yılında Davisson ve Germer tarafından gerçekleştirilmiştir. Bu deneyde, normalde bir nikel bloğunun yüzeyine çarpan ivmelendirilmiş bir elektron ışını kullanıldı. Elektronların nikel bloğuna çarptıktan sonraki dağılım desenini gözlemlediler. Bu amaçla elektron yoğunluğu monitörü kullandılar. Elektronların, gelen elektron ışının eksenine göre farklı açılarda dağılmaları bekleniyordu, ancak gerçek deneyde, elektronların yoğunluğunun belirli açılarda diğerlerine kıyasla daha fazla olduğu görüldü. Bu dağılmış elektronların açısal dağılımı, ışık difraksiyonunun interferansına çok benziyordu. Bu nedenle, bu deney, elektronların dalga parçacık çiftliği varlığını açıkça göstermektedir. Aynı prensip, protonlara ve nötronlara da uygulanabilir.

Açıklama: Orijinal metni saygı gösterin, paylaşım için değerli makaleler, ihlal olması durumunda silme talebi ile iletişime geçiniz.