Experimento de Davisson-Germer

Davisson, C. J., "Are Electrons Waves?," Franklin Institute Journal 205, 597 (1928)

El experimento de Davisson-Germer demostró la naturaleza ondulatoria de los electrones, confirmando la hipótesis anterior de Broglie. Poner la dualidad onda-partícula sobre una base firme experimental, representó un gran paso adelante en el desarrollo de la mecánica cuántica. La ley de Bragg para la difracción, se había aplicado a la difracción de rayos X, pero esta fué la primera aplicación de ondas a las partículas.

Davisson y Germer diseñaron y construyeron un aparato de vacío, con el fin de medir las energías de los electrones dispersados desde una superficie de metal. Los electrones procedentes de un filamento caliente, fueron acelerados por una tensión, y dirigidos para golpear una superficie de metal de níquel.

El haz de electrones era dirigido al blanco de níquel, que podía girar para observar la dependencia angular de los electrones dispersados. Su detector de electrones (llamado caja de Faraday), fue montado sobre un arco, de modo que pudiera ser girado para observar los electrones en diferentes ángulos. Fue una gran sorpresa para ellos, encontrar que en ciertos ángulos había un pico en la intensidad del haz de los electrones dispersados. Este pico indicaba un comportamiento de onda en los electrones, y daba valores que podían ser interpretado por la ley de Bragg, sobre el espaciado reticular del cristal de níquel.

Los datos experimentales de arriba, extraídos del artículo de Davisson citado arriba, muestra picos repetidos de intensidad de electrones dispersados, con crecientes voltajes de aceleración. Estos datos fueron obtenidos con un ángulo de dispersión fijo. Utilizando la ley de Bragg, la expresión de la longitud de onda de De Broglie, y la energía cinética de los electrones acelerados dan la relación

En los datos históricos, un voltaje de aceleración de 54 voltios, dio un pico definido a un ángulo de dispersión de 50°. El ángulo theta en la ley de Bragg, correspondiente a ese ángulo de dispersión, es de 65°, y para ese ángulo, el espaciado reticular calculado es de 0,092 nm. Para ese espaciamiento reticular y ángulo de dispersión, la fórmula para de longitud de onda como función del voltaje es empíricamente

Probando esta fórmula para n=1,2,3 da valores para la raíz cuadrada de la tensión de 7,36, 14,7 y 22, que parecen estar de acuerdo con los picos primero, tercero y quinto de arriba. Entonces, ¿qué producen los picos segundo, cuarto y sexto? Tal vez se originan a partir de un conjunto diferente de planos del cristal. Esos picos satisfacen una secuencia de 2,3,4, sugiriendo que el primer pico de esa serie podría haber sido a 5,85. Eso corresponde a una longitud de onda de electrones de 0,21 nm, y un espaciado reticular de 0,116 nm. No sé si eso tiene sentido. Tengo que leer el artículo original.