Quali sono Matter Waves?

Onde di materia, chiamati anche de Broglie, le onde sono la natura ondulatoria della materia, tra cui gli atomi che compongono il vostro corpo. Uno dei primi e più importanti scoperte della fisica quantistica è che gli elettroni hanno una duplice natura onda-particella. È stato subito evidente che tutta la materia ha questa doppia natura, ma poiché la materia convenzionale ha un elevato momento rispetto agli elettroni, la lunghezza d'onda delle onde di materia è molto piccolo, e in molti casi appena percettibile. Per esempio, la lunghezza d'onda della materia che compone una persona è dell'ordine di 10 -35 metri, molto inferiore può essere osservato utilizzando tecnologie di misurazione attuali.

Il concetto di onde di materia fu chiarita dal fisico francese Louis de Broglie, che stava estendendo prime teorie proposte da Albert Einstein, Max Planck, e Neils Bohr. Bohr ha studiato soprattutto il comportamento quantistico di atomi di idrogeno, mentre de Broglie cercato di estendere queste idee per stabilire una equazione d'onda per tutta la materia. De Broglie si avvicinò con una teoria e presentato nel suo 1.924 tesi di dottorato, per la quale è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 1929. Questo è stato il primo caso in cui è stato assegnato il Premio Nobel per la tesi di dottorato.

Equazioni conosciute come le relazioni de Broglie descrivono la natura duale onda-particella di tutta la materia. Questi rapporti affermano che la lunghezza d'onda di una particella è inversamente proporzionale alla sua quantità di moto (massa per velocità) e la sua frequenza è proporzionale alla sua energia cinetica, che è un valore frame-dipendente (relativa). Così, particelle con bassa quantità di moto, come gli elettroni a temperatura ambiente, hanno una lunghezza d'onda di de Broglie di circa 8 nanometri. Le particelle con slancio ancora più basso, come atomi di elio a temperature di solo pochi nanoKelvins, potrebbe avere onde di materia con lunghezze d'onda fino a quando pochi micron. In tali condizioni insolite, le realtà del mondo quantistico sono quasi cresciuti in un regno macroscala.

Teorie di De Broglie di onde di materia sono stati confermati nel 1927, quando gli scienziati dei Bell Labs Lester Germer e Clinton Davisson sparato elettroni lenti a un target di nichel cristallina. Il modello di diffrazione risultante dimostrato caratteristiche ondulate degli elettroni, simili a quelli noti per essere visualizzato da fotoni come quelle radiografie. Le onde materiali sono solo in grado di osservare in questo esempio perché gli elettroni utilizzati per produrli avuto molto basso momento. Dal 1927, la natura ondulatoria di varie altre particelle elementari è stata dimostrata empiricamente.