波粒二象性

戴維森—革末實驗

戴維森—革末實驗完成於一九二七年,第一次乾淨俐落、直截了當地證明了電子表現得像波。克林頓·戴維森與萊斯特·革末把一束電子射向一塊鎳晶體,測量有多少電子在各個角度上被反彈回來。電子並沒有像小彈丸那樣均勻散開,而是在某些特定角度上以強峰的形式射出——這恰恰是波在反射於晶體中那一排排等間距原子時所產生的相長干涉。

使這一結果如此令人信服的,是它的定量性。各峰的角度精確地吻合德布羅意公式的預言:代入電子的動量,算出德布羅意波長,再套用晶格繞射的標準定律,所觀測到的圖樣便隨之而出。晶體充當了一塊天然的繞射光柵,其原子間距與電子波長足夠接近,足以勝任此事。

這一發現部分地是一次幸運的意外——一場使鎳重結晶為大晶粒的實驗室事故,正是它讓那些峰變得更加尖銳——但其影響是決定性的。它與喬治·湯姆森獨立完成的工作一道,無可置疑地證實了物質波,並助戴維森與湯姆森贏得一九三七年諾貝爾獎。德布羅意那大膽的對稱性論證,至此化作了確鑿的實驗事實。

scattered-electron peaks at angles set by λ = h/p (matter-wave diffraction)

電子從鎳晶體上以尖銳的峰反彈回來,恰如德布羅意波所應表現的那樣。

這個實驗表明電子像波一樣繞射,但這並不意味著一個電子真的被抹布在整塊晶體上。那道波是波函數;每個電子仍被作為一個完整的電子探測到,而繞射只在大量電子的統計中顯現。

又稱
Davisson–Germer experiment戴维森-革末实验