戴維森－革末實驗

戴維森-革末實驗是柯林頓·戴維森與雷斯特·革末設計與研究成功的一個量子力學實驗。他們用低速電子入射於鎳晶體，取得電子的衍射圖案。發表於 1927 年，這實驗為德布羅意假說（所有物質都具有波的性質，即波粒二象性），提供了不可否定的證據。因此，戴維森獲得了諾貝爾物理學獎。在量子力學的發展史上，這實驗證實了其正確性，使得那時剛創立的量子力學，獲得了物理學家的廣泛接受。

基本介紹

• 中文名：戴維森－革末實驗
• 外文名：Davisson–Germer experiment
• 領域：量子力學

歷史

1924 年，路易·德布羅意發表了他的博士論文。在論文裡，他建議一個新穎的點子：所有的物質都具有波的性質。根據德布羅意，粒子的能量與其物質波的頻率的關係為

其中，是普朗克常數；

還有，粒子的動量與其物質波的波長的關係為

這關係稱為德布羅意關係。

1926 年，在知道戴維森-革末實驗的初步結果之後，瓦爾特·愛爾沙色(Walter Elsasser) 試著尋找一個能夠解釋這結果的理論。他發覺，這是電子的衍射現象，類似於X射線的晶體衍射。

1927 年，在貝爾實驗室，戴維森與革末將低速電子入射於一個鎳晶體標靶。他們細心地測量散射到每個角度的電子強度。他們發覺衍射圖案與威廉·布拉格預測的X射線的衍射圖案相同。戴維森-革末實驗證實了德布羅意假說的正確性。這個實驗與康普頓散射實驗，證實了量子力學理論的一個基本角柱：波粒二象性。

實驗

在戴維森-革末實驗裡，一個電子槍連續地射出一束電子，以直角角度，入射在一個鎳晶體（垂直於晶體的表面）。電子槍內部的金屬絲，在經過加熱後，釋放出熱受激態電子。這些電子經過位勢差的加速，給予了它們動能。在與鎳晶體碰撞後，電子會朝各個方向散射出去。使用電子偵測器，可以測量出來電子的散射強度與散射角度的數據關係。在散射角度為的方向，戴維森與革末發現散射強度特別顯著。

布拉格定律(Bragg's law) 的方程為

其中，是正值整數，是波長，是晶體表面原子與原子之間的距離，是入射線與晶體平面之間的角度。

散射角度與入射角度的關係是

代入布拉格定律方程，則可得到

設定，為鎳晶體表面原子與原子之間的距離，。我們可以計算出，波長是。這正好是電子的德布羅意波長。

參閱

• 光電效應
  
• 莫塞萊定律