Welle – Teilchen – Dualismus

Welle – Teilchen –
Dualismus
Experimentelle Ergebnisse des
Fotoeffektes:
Energiebilanz:
Maximalenergie der Fotoelektronen
h  f  WA  Ekin
Zusammenfassung:
Licht verhält sich manchmal wie eine Welle (Beugung/Interferenz) und
manchmal wie ein Teilchen (Fotoeffekt).
- Es besitzt eine Doppelnatur.
- Es ist sowohl Welle als auch Teilchen
Licht besteht aus Quanten.
Photonen sind Lichtquanten, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Energie eines solchen Quants beträgt E  h  f .
Die Quantenphysik ist ein Teilgebiet der Physik, die sich mit dem Verhalten
und den Wechselwirkungen kleinster Teilchen (Mikrokosmos) beschäftigt.
Experimentelle Ergebnisse im atomaren bereich widersprechen z.T. der
klassischen Physik.
Masse von Photonen:
Nach der Relativitätstheorie von A. Einstein sind Masse und Energie
zueinander äquivalent.
Energie eines
Lichtquants:
Einsteinsche
Masse-Energie-Beziehung:
E=h.f
E = m . c²
m . c² = h . f
Für die Masse eines Quants gilt:
Ashkin - 1972
h f
h
m 2 
c
c
Fragestellung:
Wenn jeder elektromagnetischen Welle der Wellenlänge  eine Masse
zugeordnet werden kann, dann …
müsste man jeder Masse auch eine
Wellenlänge zuordnen können.
Louis-Victor de Broglie
De Broglie-Hypothese:
„Wenn Wellen Teilcheneigenschaften
besitzen, dann müssten Teilchen auch
Welleneigenschaften aufweisen.“
experimenteller Nachweis ?
Beugung und Interferenz von Elektronenstrahlen
1992 - Nobelpreis
Elektronenstrahlinterferenz
Versuchsergebnis → Interferenzmuster
Versuchsanordnung
Bewegte Mikroobjekte mit Ruhemasse, wie Elektronen, Protonen
und Neutronen, besitzen Welleneigenschaften.
Die Wellenlänge wird durch Energie und Impuls m.v des Teilchens bestimmt.
Es gilt:

h
mv
De Broglie-Wellenlänge
(Materiewellen)
Experiment von Davison und Germer (1925-1927)
Vergleich von …
…Röntgenstrahlinterferenz …
und Elektronenstrahlinterferenz
(an einem dünnen Aluminiumblättchen).