sagt de Broglie
Der Compton-Effekt liefert den schlüssigen Beweis, dass die
elektromagnetische Strahlung manchmal Teilcheneigenschaften aufweist. Nach Einstein
können wir den Photonen eine Masse zuordnen, denn es muss aufgrund
der Äquivalenz von Energie und Masse gelten:
| E = m · c2 = hν | ® | m = hν/c²
m = h/cλ |
c = ν ·λ
Weiterhin hat das Photon einen Impuls von
p = m · c = (h/cλ)· c
| p = h/l |
Die Experimente belegen den Teilchencharakter von Licht. Der Wellencharakter der Strahlung war schon lange durch Interferenz- und Beugungsexperimente bekannt. Louis de Broglie äußerte 1924 den ebenso willkürlichen wie genialen Gedanken, dass sich auch Elektronen und Protonen (und damit alle Teilchen) wie Wellen verhalten können. Tatsächlich konnte in Experimenten 1927 an Elektronen Beugungs- und Interferenzeffekte nachgewiesen werden.
Nach de Broglie gilt:
| Photon | Teilchen der Masse m = m0/[1 − (v/c)²]½ | |||
| p = | h/λ | = m · v | ® | λ = h/mv |
| E = | hν | = m · c2 | ® | ν = mc²/h |
Fokussierung von Helium
Licht lässt sich aufgrund der Beugungseigenschaften mit Fresnellinsen
fokussieren. Dies gelingt auch mit Heliumatomen, wenn man besonders feine
Spalte benutzt.
 |
| Abb.1: Scanning electron microscope picture of the Fresnel zone plate used to focus helium atoms. The plate has 128 zones and was produced by Heidenhain GmbH, Traunreut, Germany. It is made from a 0.5 µm gold foil; the radius of the innermost zone is 9 µm and the width of the fines ring is 0.4 µm. |
Ein Experiment zur Beugung von Heliumatomen wurde von der Gruppe Toennies
(Goettingen) durchgeführt. Sie verwendeten die nachfolgende Apparatur
(Abb.2), um einen kalten und parallelen He-Strahl auf ein Gitter (Abb.2)
zu schicken. Die gestreuten He-Atome wurden mit einem Massenspektrometer
räumlich aufgelöst detektiert. Die beobachtete Verteilung der
He-Atome (Abb.4) entspricht genau der zu erwarteten Beugung nach de Broglie.
Damit ist klar belegt, dass der Wellencharakter der Materie auch für
zusammengesetzte Systeme und nicht nur für Elementarteilchen gegeben
ist. Kürzlich gelang es einer anderen Gruppe sogar Fullerene an einem
Doppelspalt zu streuen.
 |
| Abb.2: Mit dieser Apparatur wurde die Beugung von He-Atomen gemessen. |
 |
| Abb.3: So sieht das Gitter aus, an dem die He-Atome gestreut werden. Die Dimensionen kann man der linken Abb. entnehmen, die Form und Herstellung eines solchen Gitters ist der rechten Abb. zu entnehmen. |
 |
| Abb.4: Die gestreuten He-Atome wurden mit einem Massenspektrometer detektiert und die hier dargestellte räumliche Verteilung entspricht genau der zu erwarteten Beugung nach de Broglie. Damit ist klar belegt, dass sich auch zusammengesetzte Systeme (und nicht nur für Elementarteilchen) wie Wellen verhalten können. |
Auf diesem Webangebot gilt die Datenschutzerklärung der TU Braunschweig mit Ausnahme der Abschnitte VI, VII und VIII.