Що спільного між випадковою аварією в лабораторії та одним із найбільших відкриттів у фізиці? 🤔
У 1927 році Клінтон Девіссон і Лестер Джермер зовсім не збиралися доводити, що електрони є хвилями. Але несподіваний збій в експерименті привів їх до відкриття, яке підтвердило сміливу ідею Луї де Бройля та стало одним із фундаментів квантової механіки.
У 1924 році Луї де Бройль запропонував сміливу ідею, яка полягала у тому, що не лише світло може мати властивості частинки, а й самі частинки можуть мати хвильові властивості. Але без експериментального доказу це залишалося лише красивою математичною гіпотезою.
Потрібен був експеримент, який або підтвердить цю ідею, або назавжди її спростує.
Американські фізики Клінтон Девіссон і Лестер Джермер зовсім не збиралися досліджувати хвильову природу електронів. Вони вивчали, як пучок електронів розсіюється під час зіткнення з поверхнею нікелю.
Для цього вони спрямовували вузький потік електронів на металеву пластинку і вимірювали, під якими кутами електрони відлітають після зіткнення. Але одного дня експеримент несподівано зламався.
У вакуумну установку потрапило повітря. Поверхня нікелю окислилася, і всю роботу довелося починати заново. Щоб очистити метал, дослідники сильно нагріли його. Після повторного запуску установки результати раптом стали зовсім іншими.
Електрони почали утворювати чіткі максимуми — певні напрямки, у яких їх ставало набагато більше. Це було дивно, адже звичайні частинки мали б просто хаотично розсіюватися. Виглядало так, ніби електрони створювали хвильову картину.
Фізики перевірили обладнання. Повторили експеримент. Потім ще раз. Помилки не було. Згодом вони зрозуміли причину. Під час нагрівання атоми нікелю перебудувалися у майже ідеальний кристал. А кристал працював як природна дифракційна ґратка.
Його атоми були розташовані настільки регулярно, що діяли наче мільярди маленьких перешкод для хвилі. Коли хвилі накладаються одна на одну, вони можуть посилюватися або гасити одна одну, створюючи характерний малюнок. Саме такий малюнок раптом створили електрони.
Це стало одним із найпереконливіших доказів того, що електрони справді мають хвильові властивості, як і передбачив Луї де Бройль.
У 1937 році Клінтон Девіссон отримав Нобелівську премію з фізики за це відкриття разом із Джорджем Томсоном, який незалежно підтвердив хвильову природу електронів іншим методом.
Науковці зрозуміли, що старі закони фізики більше не можуть повністю описати мікросвіт. Потрібна була нова теорія — і незабаром Ервін Шредінгер створить рівняння, яке стане одним із головних символів квантової механіки.