Davisson-Germer-Experiment

Das Davisson-Germer-Experiment wurde 1927 von Clinton Davisson und seinem damaligen Assistenten Lester Germer an den Bell Laboratories durchgeführt. Sie bestätigten damit Louis de Broglies Hypothese der Materiewellen.^[1] 1937 wurde Davisson für sein Experiment mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.^[2]

Versuch

Aufbau des Experimentes

Der Versuch besteht aus einer Elektronenquelle, einem Kristall und einem Faraday-Becher und wurde im Vakuum durchgeführt. Die Elektronen, deren Geschwindigkeit über die Beschleunigungsspannung geregelt werden kann, werden am Kristall unter einem Streuwinkel $ \theta $ gestreut. Im Originalexperiment wurde ein geschliffener Nickelkristall verwendet. Der Elektronenstrahl ist senkrecht zur Kristalloberfläche ausgerichtet. Es wurde sichergestellt, dass nur elastisch gestreute Elektronen detektiert wurden. Mithilfe des Faraday-Bechers wird die Intensität der gestreuten Elektronen in Abhängigkeit von $ \theta $ gemessen. Das unten beschriebene Versuchsergebnis wurde beobachtet, als nach dem Eindringen von Luft in die Versuchsvorrichtung der Kristall zum Entfernen des entstandenen Oxids erhitzt wurde und dabei monokristalline Strukturen an der Kristalloberfläche entstanden, die ausgedehnter als der Elektronenstrahl waren.^[3]

Beobachtung

Klassisch würde man erwarten, dass die Intensität der Elektronen bei jedem Streuwinkel dieselbe ist. Experimentell zeigte sich jedoch, dass sie von ihm abhängt, es ergibt sich ein Interferenzmuster. Die Winkel, unter denen sich die Maxima ergeben, erfüllen die Bragg-Gleichung, die 1912 von William Lawrence Bragg für die Beugung von Röntgenstrahlung an Kristallen aufgestellt wurde. Unter bestimmten Bedingungen verhalten sich Elektronen also wie elektromagnetische Strahlung.

Historisches

Im Jahr 1924 stellte Louis de Broglie die Hypothese auf, dass Materie Eigenschaften aufweist, die denen einer Welle entsprechen. Eine der Folgerungen ist, dass es bei Teilchen zu Interferenz kommen kann. Walter Elsasser schlug 1925 vor, die Welleneigenschaft langsamer Elektronen durch Streuung an Einkristallen zu belegen. Weder die Arbeiten von de Broglie noch Elsassers Vorschlag waren Davisson und Germer zu Beginn ihres Experiments bekannt.^[3] Die Wellenlänge von Elektronen ist sehr klein, weswegen Objekte, an denen sie gebeugt werden können, auch sehr klein sein müssen. Bis zur Beugung am Doppelspalt sollte es noch fast 40 Jahre dauern: erst 1959 gelang Claus Jönsson an der Universität Tübingen ein entsprechendes Experiment.

Einzelnachweise