Bølgeegenskaber for partikler – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Bølgeegenskaber for pa...

20. juli 2013

Bølgeegenskaber for partikler

Hej Spørg om Fysik
Er en partikel, foton osv. ikke en ladning, der fra sit centrum udbreder en energistråling målelig så langt det er muligt i en uendelighed?

Hvis/når dette er tilfældet, vil en sådan enhed naturligvis passere gennem 2-3-4- osv. spalteåbninger med sin udbredelse, og aftegne mønstre på bagvæggen. Størst konsentration fra den midterste spalte udskyderen er rettet imod. Dette kan jo let bevises/modbevises ved at lave forsøgene med øgende afstande mellem spalterne, eller flere spalter.

En partikel er vel at se på (hvis det var muligt) i sit spin meget lignende en fyrværkerisolhjuls udseende med en sky af energistof slæbende rundt om sin lignende en centrifugerende udstråling ud i uendeligheden.

Med venlig hilen
I S S

Der er flere typer af partikler. Der er u-ladede partikler, f.eks. fotonen (herunder f.eks. gammastråling) og neutronen, så er der ladede partikler f.eks. protonen og elektronen. Alle partikler har såvel partikel som bølgeegenskaber, det kan beskrive som at de både kan optræde som partikler og som bølger i forsøg.

En elektron, der er skudt ud af en elektronkanon (sådan en sidder der i alle gammeldags store tv-billedrør), vil ramme skærmen i , hvad vi opfatter som et punkt, som så lyser op, det er hele ideen i skærmen. Sætter man en tynd kulfolie foran og gør præcis det samme, får man et antal cirkler på skærmen med størrelser, som kan beregnes ud fra accelerationsspændingen og kulfoliets egenskaber. Det er præcis samme partikel eller bølge i de to tilfælde.

Røntgenstråling imod metalfolie og elektroner imod kulfolie

Et helt tilsvarende eksperiment kan foretages med lys eller røntgensttråling, begge er uladede, resultatet kan beregnes med samme type formel.

Spalteeksperimenter kan udføres helt tilsvarende. Spalteafstanden bestemmer interferensmønstret bag spalterne i sammenhæng med den bølgelængde man bruger (detaljer i mønsteret afhænger også lidt af spaltebredden).

Bølgelængden er ved lys omkring 400 – 700 nm for det synlige område. Bølgelængden for elektronen er ifølge kvantemekanikken λ = h/p, hvor h er plancks konstant h = 6,6260693*10-34 J*s, p er elektronens impuls (bevægelsesmængde), som er proportional med hastigheden og med massen, se også: Dobbeltspalte eksperiment med elektroiner >>

Intensitet ved interferens

Hvis man retter en bred stråle af ens fotoner imod et gitter, kan man vise, at der bag gitteret opstår et bølgemønster, som det på billedet viste. Har alle fotonerne ikke samme bølgelængde, kan man vise at der kommer intensiteter ud til siderne som afhænger af bølgelængden og styrken lyset har i den pågældende bølgelængde. Det anvendes til at finde bølgelængdeindholdet i lys i form af det man kalder et spektrometer. Derfra kan man så ofte bestemme fra hvilke atomer lys kommer.

Gitterspektrum af lys

Elektronspinnet har kun to værdier ± ħ/2 hvor ħ er h/2p. Det har bl.a. betydning i magnetfelter og  i elektronernes bindingstilstande omkring et atom, hvor der findes fysiklove, som ikke tillader at to elektroner er i helt samme tilstand. Ladede partikler sender kun stråling ud når den accelereres eller når den hopper i kvantebanerne omkring atomet, for spinnets vedkommende når de skifter imellem sine værdier i et felt.

2 spalte interferens

Desuden sender ladede partikler principielt hele tiden et elektrostatisk felt ud i rummet omkring sig, som alle elektrostatiske ladningerr. Dette felt aftager med kvadratet på afstanden, og  når som tyngdefeltet principielt uendeligt langt væk, i praksis kan man normalt ikke måle elektronfelter  i makroskopiske afstande, så det har ingen betydning. Set fra universet er der lige mange positive og negative ladninger på jorden (og alle andre steder), så der er ikke  noget elektrostatisk felt omkring jorden. Elektronen udsender altså kun energi når den skifter hastighed eller hopper i energiniveauer, så den sender ikke et fyrværkeri af energi ud i universet, hvor skulle energien også komme fra.

Elektronkvantespring op ved energitilførsel, ned ved afgivelse af energi

En ret grundlæggende lov i fysikken er loven om energibevarelse (hvor man skal medtage alle energiformer), så skal der udsendes energi, skal den enten tilføres, eller energien skal være tilstede på forhånd, som i atomer hvor elektronerne er i anslåede energitilstande, eller hvor atomkernen er i anslåede energitilstande og tilsvarende.

Med venlig hilsen
Malte Olsen