Présentation de l'hypothèse de longueur d'onde De Broglie

L'hypothèse De Broglie propose que toute la matière présente des propriétés ondulatoires et relie les observations longueur d'onde de la matière à son élan. Après Albert Einsteinthéorie des photons est devenue acceptée, la question s'est posée de savoir si cela n'était vrai que pour la lumière ou si les objets matériels présentaient également un comportement ondulatoire. Voici comment l'hypothèse De Broglie a été développée.

Dans sa thèse de doctorat de 1923 (ou 1924, selon la source), le physicien français Louis de Broglie a fait une affirmation audacieuse. Considérant la relation d'Einstein de la longueur d'onde lambda prendre de l'élan p, de Broglie a proposé que cette relation détermine la longueur d'onde de toute matière, dans la relation:

lambda = h / p

rappeler que h est la constante de Planck

Cette longueur d'onde est appelée longueur d'onde de Broglie. La raison pour laquelle il a choisi l'équation de l'élan sur l'équation de l'énergie est qu'il n'était pas clair, avec la matière, si

Cependant, en supposant que la relation de momentum a permis de dériver une relation de Broglie similaire pour la fréquence F en utilisant l'énergie cinétique E_k:

F = E_k / h

Les relations de De Broglie sont parfois exprimées en termes de constante de Dirac, barre en H = h / (2pi), et la fréquence angulaire w et nombre d'onde k:

p = barre en H * kE_k

= barre en H * w

En 1927, les physiciens Clinton Davisson et Lester Germer, de Bell Labs, ont réalisé une expérience où ils ont tiré des électrons sur une cible de nickel cristallin. Le diagramme de diffraction résultant correspondait aux prévisions de la longueur d'onde de de Broglie. De Broglie a reçu le prix Nobel de 1929 pour sa théorie (la première fois qu'il a été décerné pour un doctorat. thèse) et Davisson / Germer l'ont remporté conjointement en 1937 pour la découverte expérimentale de la diffraction d'électrons (et donc la démonstration de l'hypothèse de de Broglie).

D'autres expériences ont confirmé l'hypothèse de de Broglie, y compris les variantes quantiques de la expérience à double fente. Des expériences de diffraction en 1999 ont confirmé la longueur d'onde de Broglie pour le comportement de molécules aussi grandes que des boules de bucky, qui sont des molécules complexes composées de 60 atomes de carbone ou plus.

L'hypothèse de Broglie a montré que la dualité onde-particule n'était pas simplement un comportement aberrant de la lumière, mais plutôt un principe fondamental manifesté à la fois par le rayonnement et la matière. En tant que tel, il devient possible d'utiliser des équations d'onde pour décrire le comportement du matériau, tant que l'on applique correctement la longueur d'onde de Broglie. Cela s'avérerait crucial pour le développement de la mécanique quantique. Il fait désormais partie intégrante de la théorie de la structure atomique et de la physique des particules.

Bien que l'hypothèse de de Broglie prédit des longueurs d'onde pour des matières de toute taille, il existe des limites réalistes quant à leur utilité. Une balle de baseball lancée sur un lanceur a une longueur d'onde de Broglie qui est inférieure au diamètre d'un proton d'environ 20 ordres de grandeur. Les aspects ondulatoires d'un objet macroscopique sont si minuscules qu'ils sont inobservables dans tous les sens utiles, bien qu'intéressants à méditer.