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{{noteTA
|G1=物理學
}}
[[File:Davisson and Germer.jpg|right|thumb|200px|柯林頓·戴維森（左邊）和[[雷斯特·革末]]（右邊），1927 年。戴維森手中拿著[[電子]][[繞射]]實驗的儀器。]]
{{量子力学}}
'''戴維森-革末實驗'''是[[柯林頓·戴維森]]與[[雷斯特·革末]]設計與研究成功的一個量子力學實驗。他們用低速電子入射於鎳晶體，取得電子的[[繞射]]圖案。發表於 1927 年，這實驗為[[德布羅意假說]]（所有物質都具有[[波]]的性質，即[[波粒二象性]]），提供了不可否定的證據。因此，戴維森獲得了[[諾貝爾物理學獎]]。在量子力學的發展史上，這實驗證實了其正確性，使得那時剛創立的量子力學，獲得了物理學家的廣泛接受。

==歷史==
1924 年，[[路易·德布羅意]]發表了他的博士論文。在論文裏，他建議一個新穎的點子：所有的物質都具有波的性質<ref name=EisbergResnick>{{cite book |author=R. Eisberg, R. Resnick |title=Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles |url=https://archive.org/details/quantumphysicsof00eisb |year=1985 |edition=2nd Edition |chapter= Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles |publisher= John Wiley & Sons |isbn=0-471-87373-X}}</ref>。根據德布羅意，粒子的[[能量]] <math>E\,\!</math> 與其[[物質波]]的[[頻率 (物理學)|頻率]] <math>\nu\,\!</math> 的關係為
:<math>E=h\nu\,\!</math> ；

其中，<math>h\,\!</math> 是[[普朗克常數]]；

還有，粒子的[[動量]] <math>p\,\!</math> 與其[[物質波]]的[[波長]] <math>\lambda\,\!</math> 的關係為
:<math>p=\frac{h}{\lambda},\,\!</math> 。

這關係稱為'''德布羅意關係'''。

1926 年，在知道戴維森-革末實驗的初步結果之後，{{Tsl|en|Walter M. Elsasser|瓦爾特·愛爾沙色}} ({{lang|en|Walter Elsasser}}) 試著尋找一個能夠解釋這結果的理論。他發覺，這是電子的繞射現象，類似於 [[X射線]]的[[晶體]][[繞射]]<ref>{{cite web| last = Rubin| first = Harry| title = Walter m. Elsasser| publisher = National Academies Press| url = http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=4990&page=103| accessdate = 2008-08-26| archive-date = 2015-06-14| archive-url = https://web.archive.org/web/20150614034024/http://www.nap.edu/openbook.php?record_id=4990&page=103| dead-url = no}}</ref>。


1927 年，在[[貝爾實驗室]]，戴維森與革末將低速電子入射於一個[[鎳]]晶體標靶<ref>{{cite journal|author= C. Davisson, L. H. Germer |title=Reflection of electrons by a crystal of nickel |journal=Nature |volume=Vol. 119 |pages=558–560 |year=1927}}</ref>。他們細心地測量散射到每個角度的電子[[強度]]。他們發覺繞射圖案與[[威廉·布拉格]]預測的 [[X射線]]的繞射圖案相同。戴維森-革末實驗證實了德布羅意假說的正確性。這個實驗與[[康普頓散射]]實驗，證實了量子力學理論的一個基本角柱：波粒二象性。

==實驗==
[[File:Davisson-Germer experiment.svg|thumb|實驗設計圖。]]
在戴維森-革末實驗裏，一個電子槍連續地射出一束電子，以直角角度，入射在一個鎳晶體（垂直於晶體的表面）。電子槍內部的金屬絲，在經過加熱後，釋放出熱受激態電子。這些電子經過位勢差 <math>V\,\!</math> 的加速，給予了它們動能 <math>eV\,\!</math> 。在與鎳晶體碰撞後，電子會朝各個方向散射出去。使用電子偵測器，可以測量出來電子的散射強度與散射角度的數據關係。在散射角度為 <math>65^{\circ}\,\!</math> 的方向，戴維森與革末發現散射強度特別顯著。

[[布拉格定律]] ({{lang|en|Bragg's law}}) 的方程式為
:<math>n\lambda=2d\sin \theta\,\!</math> ；

其中，<math>n\,\!</math> 是正值整數，<math>\lambda\,\!</math> 是波長，<math>d\,\!</math> 是晶體表面原子與原子之間的距離，<math>\theta\,\!</math> 是入射線與晶體平面之間的角度。

散射角度 <math>\phi\,\!</math> 與入射角度 <math>\theta\,\!</math> 的關係是
:<math>\theta=90^{\circ} - \frac{\phi}{2}\,\!</math> 。

代入布拉格定律方程式，則可得到
:<math>n\lambda=2d\sin \left(90^{\circ} - \frac{\phi}{2}\right) =2d\cos(\phi/2) \,\!</math> 。

設定 <math>n=1\,\!</math> ，<math>d=0.091 nm\,\!</math> 為鎳晶體表面原子與原子之間的距離，<math>\phi=50^{\circ}\,\!</math> 。我們可以計算出，波長是 <math>\lambda=0.165nm\,\!</math> 。這正好是 <math>54 eV\,\!</math> 電子的德布羅意波長。

==參閱==
*[[光電效應]]
*[[莫塞萊定律]]

==參考文獻==
<small>
<references/>
</small>
==外部链接==
*[[喬治亞州州立大學]]（{{lang|en|Georgia State University}}）線上物理網頁：[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/davger2.html 戴維森－革末實驗] {{Wayback|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/davger2.html |date=20210213222923 }}

{{Quantum mechanics topics}}

[[Category:量子力學|D]]
[[Category:物理學實驗|D]]