La difracción de electrones y la difracción de rayos X son los experimentos más poderosos que prueban la naturaleza ondulatoria de la dualidad onda-partícula. Cuando una onda pasa a través de una rendija del mismo orden de magnitud que su longitud de onda o menor. producirá difracción, por lo que para electrones y rayos X, los cristales se usan generalmente como rejillas, y el espaciado de la red es del mismo orden de magnitud que las longitudes de onda de los electrones y los rayos X.
La diferencia entre rayos X y electrones.
Los rayos X son ondas electromagnéticas con longitudes de onda muy cortas. Descubiertos por Roentgen, los rayos X son fotones. En 1905, la teoría del fotón de Einstein propuso que la luz tiene una dualidad onda-partícula. es fuerte y puede penetrar materiales.
Los electrones son partículas físicas que forman los átomos y se mueven alrededor del núcleo del átomo. En su tesis doctoral, de Broglie desarrolló la dualidad onda-partícula de los fotones de Einstein y propuso que todas las partículas microscópicas tienen dualidad onda-partícula y poseen ondas materiales. Los electrones tienen menor energía y longitudes de onda más largas que los rayos X. En su defensa, de Broglie propuso que los cristales naturales podrían usarse como rejillas para realizar experimentos de difracción de electrones.
La fórmula de Bragg y la imagen de la difracción de cristales de Laue
En 1912, Laue observó la difracción de rayos X con la ayuda de una rejilla cristalina natural. Demostró la volatilidad de los rayos X. Laue ganó el Premio Nobel de Física en 1941.
Cuando los rayos X o los electrones incidentes inciden en el cristal, el plano del cristal actúa como un plano de Bragg y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de salida cuando la diferencia de trayectoria óptica es un múltiplo entero de. La longitud de onda, el haz de partículas emitido se difracta. En concreto, la difracción de estas partículas microscópicas en el cristal se puede calcular mediante la fórmula de Bragg.
La longitud de onda se puede obtener conociendo la constante de red d del cristal y el ángulo entre la dirección de incidencia y la dirección de difracción.
De la misma forma, si se conocen la longitud de onda incidente y el ángulo entre la dirección de incidencia y la dirección de difracción, se puede obtener la constante de red d del cristal.
La imagen de arriba es una imagen de difracción típica de un solo cristal. Los puntos de Laue en la imagen de arriba corresponden al plano del cristal y su dirección, que se puede obtener mediante cálculo.
En resumen, tanto la difracción de electrones como la difracción de rayos X demuestran la naturaleza ondulatoria de las partículas microscópicas. Para las partículas superiores a los átomos, la naturaleza ondulatoria puede ignorarse y no tiene sentido. Por lo tanto, los efectos cuánticos no pueden reflejarse en objetos macroscópicos, sino que sólo pueden manifestarse en partículas microscópicas. Quantum Laboratory, que se centra en cuestiones científicas, agradece los comentarios y la atención.