物質波とは何ですか？

ド・ブロイ波とも呼ばれる物質波は、身体を構成する原子を含むすべての物質の波のような性質です。 量子物理学の最初で最も重要な発見の1つは、電子に二重波動粒子の性質があることです。 すべての物質にはこの二重の性質があることがすぐに明らかになりましたが、従来の物質は電子に比べて運動量が大きいため、物質波の波長は非常に小さく、ほとんどの場合、ほとんど目立ちません。 たとえば、人を構成する物質の波長は10 ^{-35メートルの}オーダーであり、現在の測定技術を使用して観測できる波長よりもはるかに小さいです。

物質波の概念は、フランスの物理学者ルイ・ド・ブロイによって最初に解明されました。ルイ・ド・ブロイは、アルバート・アインシュタイン、マックス・プランク、ニールス・ボーアが提案した初期の理論を拡張していました。 ボーアは主に水素原子の量子挙動を研究しましたが、ドブロイはこれらの考えを拡張して、すべての物質の波長方程式を決定しようとしました。 ド・ブロイは理論を考え出し、1924年の博士論文で発表し、1929年にノーベル物理学賞を受賞しました。これは、ノーベル賞が博士論文で授与された最初の事例です。

ド・ブロイの関係として知られる方程式は、すべての物質の二重波動粒子の性質を表します。 これらの関係は、粒子の波長が運動量（質量倍速度）に反比例し、周波数がフレーム依存（相対）値である運動エネルギーに比例することを示しています。 したがって、室温の電子などの低運動量の粒子は、約8ナノメートルのドブロイ波長を持ちます。 わずか数ナノケルビンの温度のヘリウム原子など、さらに低い運動量を持つ粒子は、数ミクロンの波長の物質波を持っている可能性があります。 このような異常な条件下では、量子世界の現実はほとんどマクロスケールの領域に持ち込まれます。

De Broglieの物質波の理論は、1927年にベル研究所の科学者であるLester GermerとClinton Davissonが結晶ニッケルターゲットにゆっくりと移動する電子を発射したときに確認されました。 得られた回折パターンは、X線のような光子によって表示されることが知られているものと同様の、電子の波のような特性を示しました。 物質波は、この場合にしか観測できませんでした。なぜなら、物質波は、それらを生成するために使用される電子の運動量が非常に低いためです。 1927年以来、他のさまざまな素粒子の波のような性質が経験的に実証されています。