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Dualità onda-particella

1924
  • Louis de Broglie
  • Albert Einstein
  • Niels Bohr
Esperimento di laboratorio che dimostra la dualità onda-particella nella fisica quantistica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Tutte le entità quantistiche, come i fotoni e gli elettroni, presentano proprietà sia particellari che ondulatorie. A seconda della configurazione sperimentale, possono comportarsi come particelle localizzate o come onde distribuite. L'ipotesi di de Broglie afferma che qualsiasi particella con momento [latex]p[/latex] ha una lunghezza d'onda associata [latex]\lambda = h/p[/latex], dove [latex]h[/latex] è la costante di Planck.

La dualità onda-particella è una pietra miliare della meccanica quantistica, che risolve la dicotomia classica tra particelle e onde. Il concetto è stato preso in seria considerazione per la prima volta per la luce, che presenta fenomeni ondulatori come la diffrazione e l'interferenza (come dimostrato dall'esperimento della doppia fenditura di Thomas Young) e un comportamento particellare nell'effetto fotoelettrico (spiegato da Einstein). Nel 1924, Louis de Broglie, nella sua tesi di dottorato, propose che questa dualità fosse universale e si applicasse sia alla materia che alla luce. Egli ipotizzò che qualsiasi particella abbia una lunghezza d'onda caratteristica inversamente proporzionale alla sua quantità di moto.

Questa idea radicale fu confermata sperimentalmente nel 1927 da Clinton Davisson e Lester Germer, e in modo indipendente da George Paget Thomson, che osservò i modelli di diffrazione degli elettroni quando questi venivano dispersi da un cristallo di nichel. Ciò dimostrò che gli elettroni, precedentemente considerati puramente particelle, hanno anche proprietà ondulatorie. La dualità è racchiusa nella relazione di de Broglie [latex]\lambda = h/p[/latex]. Per gli oggetti macroscopici, la quantità di moto [latex]p[/latex] è così grande che la lunghezza d'onda [latex]\lambda[/latex] è infinitamente piccola e non rilevabile, motivo per cui non osserviamo un comportamento ondulatorio negli oggetti di uso quotidiano. Il principio di complementarità di Niels Bohr afferma che gli aspetti ondulatori e particellari di un oggetto quantistico sono complementari; un esperimento può rivelare un aspetto o l'altro, ma non entrambi contemporaneamente.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Fisica quantistica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Esperimento a doppia fenditura di Thomas Young (1801)
  • Spiegazione di Einstein dell'effetto fotoelettrico (1905)
  • Modello atomico di Bohr (1913)
  • Dispersione Compton (1923)

Applicazioni

  • microscopia elettronica
  • diffrazione di neutroni
  • calcolo quantistico (qubit)
  • fisica dei semiconduttori
  • microscopia atomica dell'elio

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Correlato a: dualità onda-particella, lunghezza d'onda di de Broglie, complementarità, diffrazione di elettroni, meccanica quantistica, esperimento della doppia fenditura, fotone, elettrone.

Contesto storico

Dualità onda-particella

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1921
1924
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1925
1926
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1922
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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