Դիտել Դեյվիսոն-Ջերմերի փորձ էջի վիքիկոդը

{{Քվանտային մեխանիկա|cTopic=Գիտափորձեր}}

'''Դեյվիսոն-Ջերմերի փորձ''', [[էլեկտրոն]]ների [[դիֆրակցիա]]ն նկարագրող գիտափորձ, որով հաստատվում է [[Մասնիկ-ալիքային երկվություն|դը Բրոյլի հիպոթեզը]]։ Իրականացրել են ամերիկացի ֆիզիկոսներ [[Քլինտոն Դեյվիսոն]]ը և [[Լեստեր Ջերմեր]]ը 1927 թ.<ref name="Davisson">{{cite journal
  | last = Davisson
  | first = C.J.
  | title = The Diffraction of Electrons by a Crystal of Nickel
  | journal = Bell System Tech. J.
  | volume = 7
  | issue = 1
  | pages = 90–105
  | publisher = American Tel. & Tel. 
  | location = USA
  | date = January 1928
  | url = http://www.alcatel-lucent.com/bstj/vol07-1928/articles/bstj7-1-90.pdf
  | accessdate = 2012 թ․ դեկտեմբերի 5}}</ref>: Ըստ [[Լուի դը Բրոյլ]]ի հիպոթեզի (1924 թ.)՝ [[մատերիա]]յի մասնիկները, ինչպես օրինակ էլեկտրոնները, ունեն [[ալիք]]ային հատկություններ։ Այս փորձը ոչ միայն վճռական նշանակություն ունեցավ դը Բրոյլի հիպոթեզի հաստատման համար և ցույց տվեց մասնիկ-ալիքային երկվությունը, այլև կարևոր պատմական զարգացում հանդիսացավ [[քվանտային մեխանիկա]]յի և [[Շրյոդինգերի հավասարում|Շրյոդինգերի հավասարման]] կայացման համար։

== Նկարագրությունը ==
[[Պատկեր:Davisson and Germer.jpg|thumb|Դեյվիսոնը և Ջերմերը]]
Դեյվիսոնի և Ջերմերի իրական նպատակը [[նիկել]]ի մակերևույթի ուսումնասիրությունն էր։ Մոնոքրոմատիկ դանդաղ էլեկտրոնների փունջը ուղղելով նիկելի միաբյուրեղի թիրախին՝ անհրաժեշտ էր դիտարկել էլեկտրոնների ցրման անկյունները։ Նույնիսկ լավ հղկված, ողորկ բյուրեղի մակերևույթը չափազանց խորդուբորդ է էլեկտրոնների համար, և սպասվում էր, որ անդրադարձումը պիտի լինի խիստ ցրված<ref name="Hugh D. Young 2004">Hugh D. Young, Roger A. Freedman: ''University Physics, Ed. 11.'' Pearson Education, Addison Wesley, San Francisco 2004, 0-321-20469-7, S. 1493-1494.</ref>։

Էլեկտրոնների արագությունը որոշվում է էլեկտրոնային խողովակի <math>\scriptstyle U</math> լարումով. <math>\scriptstyle U=\sqrt{\frac{2eU}{m_e}}.</math>:

Օդի մոլեկուլների հետ բախումից խուսափելու համար սարքավորումը տեղավորվում է վակուումային խցիկում։ Փորձում չափվել է ցրված էլեկտրոնային փնջի ինտենսիվության կախումը ցրման <math>\ 0<\theta<90^o,</math> անկյունից, <math>\ 0<\varphi<360^o</math> ազիմուտային անկյունից, փնջում էլեկտրոնների <math>\ \upsilon</math> արագությունից։ Փորձերը ցույց տվեցին, որ անկյունների և արագությունների տարբեր արժեքների դեպքում անդրադարձված փնջերում դիտվում են ինտենսիվության մաքսիմումներ և մինիմումներ։

[[Պատկեր:Դեյվիսըն-Ջերմերի փորձ.svg|thumb|left|Փորձի սխեմատիկ պատկերը]]

Ցրված էլեկտրոնների քանակը չափող դետեկտորը գրանցում է միայն առաձգական ցրումները։
Փորձի ընթացքում միջադեպի հետևանքով օդ թափանցեց վակուումային խցիկ, ինչի հետևանքով նիկելի մակերևույթին օքսիդի թաղանթ առաջացավ։ Այն հեռացնելու համար Դեյվիսոնը և Ջերմերը նմուշը տաքացրեցին բարձրջերմաստիճանային հնոցում, առանց իմանալու, որ դրա հետևանքով մինչ այդ բազմաբյուրեղային նիկելային կառուցվածքը վերածվելու է մեծ միաբյուրեղի<ref name="Hugh D. Young 2004"/>։ Երբ փորձը նորից սկսեցին, էլեկտրոնները բախվեցին նիկելի մակերևույթի [[ատոմ]]ների հետ, որոնք առաջացել էին նիկելի բյուրեղի ներսի բյուրեղային հարթություններից։ Նման բյուրեղային կառուցվածքը կարող է ծառայել որպես եռաչափ դիֆրակցիայի ցանց։

Անդրադարձման առավելագույն անկյունը տրվում է [[Բրեգի օրենք]]ով՝
:<math>n\lambda=2d\sin \left(90^{\circ} -\frac{\theta}{2} \right),</math>
''n''&nbsp;=&nbsp;1, ''θ''&nbsp;=&nbsp;50° և նիկելի բյուրեղային հարթությունների տարածության դեպքում (''d''&nbsp;=&nbsp;0.091&nbsp;նմ) ստացվում են ռենտգենյան ճառագայթների ցրումը<ref name=EisbergResnick/>։

Էլեկտրոնային խողովակին կիրառված լարումը փոփոխելով՝ կարելի է գտնել դիֆրակցիայի ենթարկված էլեկտրոնների առավելագույն ինտենսիվությունը տարբեր անկյունների համար։ Ամենամեծ ինտենսիվությունը դիտարկվեց θ = 50° անկյան տակ, երբ լարումը 54 Վ է, իսկ էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան՝ {{Նշանակումների տեքստ|54|ul=էՎ}}<ref name=EisbergResnick/>:

[[Դը Բրոյլի առնչություններ]]ի և Բրեգի օրենքի համաձայն, {{Նշանակումների տեքստ|54|u=էՎ}} ունեցող փնջի ալիքի երկարությունը {{Նշանակումների տեքստ|0.167|u=նմ}} է։ Դիֆրակցիայի ցանցի հավասարման միջոցով փորձի արդյունքը ստացվեց {{Նշանակումների տեքստ|0.165|u=նմ}}, ինչը խիստ մոտ է տեսական կանխատեսումներին։ 
Այս պատահական հայտնագործությունը մասնիկի՝ ալիքային հատկություններ ունենալու հիպոթեզը հաստատող առաջին ուղղակի վկայությունն էր։ 
Քանի որ այս փորձը կատարվել էր էլեկտրոնների փնջի համար, անհրաժեշտ էր ապացուցել, որ ալիքային հատկությունները բնորոշ են ոչ միայն էլեկտրոնների համախմբությանը, այլև՝ առանձին էլեկտրոնին։ Դա 1948 թ. հաստատեց ռուս ֆիզիկոս Ֆաբրիկանտը։ Նա ցույց տվեց, որ նույնիսկ շատ թույլ էլեկտրոնային փնջի դեպքում, երբ յուրաքանչյուր էլեկտրոն սարքավորումով անցնում է մյուսներից անկախ (ժամանակահատվածը երկու էլեկտրոնների անցնելու միջև 104 անգամ մեծ է մեկ էլեկտրոնի անցնելու ժամանակից), առաջացած դիֆրակցիայի պատկերը չի տարբերվում մի քանի միլրոն անգամ ավելի ինտենսիվ էլեկտրոնային փնջի առաջացրած պատկերից։ Հետևաբար, մասնիկների ալիքային հատկությունը կոլեկտիվի հատկությունը չէ, այլ՝ առանձին մասնիկի։

== Հետևանքները ==
Հետագայում դիֆրակցիոն երևույթներ հայտնաբերվեցին նաև նեյտրոնների, պրոտոնների, ատոմների և մոլեկուլների փնջերի դեպքում։ Դա վերջնականապես ապացուցեց միկրոմասնիկների ալիքային բնույթը և թույլ տվեց միկրոմասնիկների շարժումը նկարագրել ալիքային պրոցեսի տեսքով, որը բնութագրող ալիքի երկարությունը հաշվարկվում է դը Բրոյլի բանաձևով։ 
Միկրոմասնիկների ալիքային հատկությունների բացահայտումը թույլ տվեց զարգացնել նյութի կառուցվածքի ուսումնասիրման նոր մեթոդներ, ինչպես օրինակ [[էլեկտրոնագրաֆիա]]ն և [[նեյտրոնագրաֆիա]]ն։ Փորձը նաև սկիզբ հանդիսացավ ֆիզիկայի նոր բաժնի՝ էլեկտրոնային օպտիկայի համար։

== Պատմություն ==
[[Մաքսվելի հավասարումներ]]ից ելնելով, 19-րդ դարի վերջին պատկերացնում էին, որ լույսը կազմված է էլեկտրամագնիսական դաշտի ալիքներից, իսկ մատերիան՝ մասնիկներից։ 1905 թ., [[ֆոտոէֆեկտ|ֆոտոելեկտրական երևույթը]] բացատրելու համար [[Ալբերտ Այնշտայն|Ա. Այնշտայնը]] լույսը նկարագրեց որպես դիսկրետ և լոկալացված էներգիայի քվանտ (ինչը հետագայում կոչվեց [[ֆոտոն]])։ Այդ աշխատության համար 1921 թ. նա ստացավ ֆիզիկայի [[Նոբելյան մրցանակ]]։ 1927 թ. [[Լուի դը Բրոյլ]]ը հրապարակեց իր թեզը [[մասնիկ-ալիքային երկվություն|մասնիկ-ալիքային երկվության]] վերաբերյալ։ Դրա գաղափարն այն էր, որ ամբողջ մատերիան ի հայտ է բերում ֆոտոնի մասնիկ-ալիքային հատկություններ<ref name=EisbergResnick>
{{cite book
 |author=R. Eisberg, R. Resnick
 |year=1985 |edition=2nd
 |chapter=Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles
 |title=Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles
 |url=https://archive.org/details/quantumphysicsof00eisb
 |publisher=John Wiley & Sons
 |isbn=0-471-87373-X
}}</ref>։
Համաձայն դը Բրոյլի, մատերիան և ճառագայթումը նույնն են։ Մասնիկի E էներգիան և նրան առնչվող ալիքի ν հաճախությունը կապված են [[Պլանկի հաստատուն#Հայտնաբերման պատմությունը|Պլանկի առնչությունով]]՝
:<math>E=h\nu\,</math>
Մասնիկի p իմպուլսի և ալիքի երկարության կապը հայտնի է որպես [[դը Բրոյլի առնչություններ]]՝
:<math>p=\frac{h}{\lambda},</math>
որտեղ h-ը [[Պլանկի հաստատուն]]ն է։

Դեյվիսոն-Ջերմերի փորձում կարևոր ներդրում ունի [[Վալտեր Էլսասեր]]ը (1920 թ., Գյոթինգեն), ով նկատեց, որ մատերիայի մասնիկ-ալիքային բնույթը կարելի է հայտնաբերել  բյուրեղային պինդ մարմինների վրա էլեկտրոններ ցրելու փորձերի միջոցով, ճիշտ ինչպես ռենտգենյան ճառագայթների ալիքային բնույթն է հաստատվել<ref name=EisbergResnick/><ref>
{{cite book
 |author=H. Rubin
 |year=1995
 |chapter=Walter M. Elsasser
 |url=http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=4990&page=103
 |title=Biographical Memoirs
 |volume=68
 |publisher=National Academy Press
 |isbn=0-309-05239-4
}}</ref>։

Էլսասերի այս առաջարկությունը հետագայում նրա ավագ գործընկեր Մաքս Բոռնը (ավելի ուշ՝ Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր) հաղորդեց Անգլիայի ֆիզիկոսներին։ Դեյվիսոնի և Ջերմերի փորձից հետո արդյունքները բացատրվեցին Էլսասերի դատողություններով։ Փորձը դրվել էր ոչ թե դը Բրոյլի հիպոթեզը հաստատելու, այլ՝ նիկելի մակերևույթը ուսումնասիրելու նպատակով։

1927 թ. Բելի լաբորատորիայում Դեյվիսոնը և Ջերմերը դանդաղ շարժվող էլեկտրոններն ուղղեցին բյուրեղային նիկելի թիրախին։ Անդրադարձված էլեկտրոններին ինտենսիվության անկյունային կախվածությունը չափելուց հետո պարզվեց, դիֆրակցիայի պատկերը նույնն է, ինչ ռենտգենյան ճառագայթների համար Բրեգի նկարագրածը։ Փորձը նրանցից անկախ կրկնեց [[Ջորջ Թոմսոն]]ը։ 1937 թ. Դեյվիսոնը և Թոմսոնը դրա համար Նոբելյան մրցանակ ստացան<ref name=EisbergResnick/><ref>
{{cite web
 |author=The Nobel Foundation (Clinton Joseph Davisson and George Paget Thomson)
 |year=1937
 |url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/
 |title=Clinton Joseph Davisson and George Paget Thomson for their experimental discovery of the diffraction of electrons by crystals
 |publisher=The Nobel Foundation 1937
}}</ref>։
Փորձով հաստատվեց դը Բրոյլի հիպոթեզը նյութի՝ մասնիկ-ալիքային բնույթ ունենալու մասին։ Այսպիսով, [[Արթուր Կոմպտոն|Կոմպտոնի]] հայտնաբերած  [[Կոմպտոնի էֆեկտ|երևույթի]]<ref>
{{cite web
 |author=The Nobel Foundation (Arthur Holly Compton and Charles Thomson Rees Wilson)
 |year=1937
 |url=http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1927/ 
 |title=Arthur Holly Compton for his discovery of the effect named after him and Charles Thomson Rees Wilson for his method of making the paths of electrically charged particles visible by condensation of vapour
 |publisher=The Nobel Foundation 1927
}}</ref> հետ միասին հաստատվեց մասնիկ-ալիքային երկվությունը, ինչը հիմնարար քայլ էր քվանտային ֆիզիկայում։

== Ծանոթագրություններ ==
{{ծանցանկ}}

== Արտաքին հղումներ ==

*{{cite web
 |author=R. Nave
 |url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/davger2.html
 |title=Davisson–Germer Experiment 
 |work=HyperPhysics
 |publisher=Georgia State University, Physics Departement
}}

[[Կատեգորիա:Քվանտային ֆիզիկա]]
[[Կատեգորիա:Ֆիզիկական փորձեր]]