Was sind Materiewellen?
Matter-Wellen, auch de Broglie-Wellen genannt, sind die wellenartige Natur aller Materie, einschließlich der Atome, die Ihren Körper bilden. Eine der ersten und wichtigsten Befunde der Quantenphysik ist, dass Elektronen eine doppelte Wellenpartikel-Natur haben. Es stellte sich bald heraus, dass alle Materie diese doppelte Natur hat, aber da die konventionelle Materie im Vergleich zu Elektronen einen hohen Impuls aufweist, ist die Wellenlänge der Materie Wellen sehr gering und in den meisten Fällen kaum auffällig. Zum Beispiel liegt die Wellenlänge der Materie, die eine Person ausmacht, in der Größenordnung von 10 –35 Metern , weit kleiner als mit aktuellen Messtechnologien beobachtet werden kann. Bohr untersuchte hauptsächlich das Quantenverhalten von Wasserstoffatomen, während de Broglie versuchte, diese Ideen zu erweitern, um eine Wellenlängengleichung für alle Materie zu bestimmen. De Broglie hatte eine Theorie und präsentierte sie in seiner Doktorarbeit von 1924, für die er 1929 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Dies war der erste Fall, in dem der Nobelpreis für eine Doktorarbeit ausgezeichnet wurde.
Gleichungen, die als De Broglie-Beziehungen bekannt sind, beschreiben die doppelte Wellenpartikel-Natur aller Materie. Diese Beziehungen geben an, dass die Wellenlänge eines Partikels umgekehrt proportional zu seiner Impuls (Massenzeitengeschwindigkeit) und seine Frequenz proportional zu seiner kinetischen Energie ist, was ein rahmenabhängiger (relativer) Wert ist. Daher haben Partikel mit geringem Impuls wie Elektronen bei Raumtemperatur eine De -Broglie -Wellenlänge von etwa 8 Nanometern. Partikel mit noch geringem Impuls, wie Heliumatomen bei Temperaturen von nur wenigen Nanokelvinen, können Materiewellen mit Wellenlängen bis zu ein paar Mikrometern aufweisen. Unter solchen ungewöhnlichen Bedingungen sind die Realitäten der Quantenwelt Alam meisten in das makroskalige Bereich aufgebracht.
de Broglies Theorien der Materiewellen wurden 1927 bestätigt, als die Wissenschaftler von Bell Labs Lester Germer und Clinton Davisson langsame Elektronen auf ein kristallines Nickelziel abfeuerten. Das resultierende Beugungsmuster zeigte die wellenähnlichen Eigenschaften der Elektronen, ähnlich wie bei Photonen wie denen in Röntgenstrahlen. Die Materiewellen konnten in diesem Fall nur beobachtet werden, da die Elektronen, die sie produzierten, einen sehr geringen Impuls hatten. Seit 1927 wurde die wellenartige Natur verschiedener anderer Elementarpartikel empirisch nachgewiesen.