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Die erste experimentelle Bestätigung von de Broglies Idee der Zuordnung von Welleneigenschaften zu Materieobjekten gelang, wie auf dieser Seite dargestellt, Davisson und Germer im Jahr 1927, die langsame Elektronen auf einen Ni-Einkristall lenkten und in ihren Messungen Interferenzerscheinungen der Elektronen an den Gitterebenen des Kristalls nachweisen konnten.
Danach dauerte es längere Zeit, bis zum ersten Mal auch Elektroneninterferenz experimentell gezeigt werden konnte, ohne dass die Elektronen dazu in Materie eindringen mussten:
- Gottfried Möllenstedt und Heinrich Düker gelang 1956 der Nachweis der Beugung von Elektronen, ohne dass diese in Materie eindringen mussten, wie es bei der Interferenz an den Gitterebenen im Kristall (Versuch von Davisson und Germer) der Fall ist. Vielmehr wurden bei diesem Experiment Elektronen eines Elektronenbündels durch elektrische Ablenkung zur "Überlagerung" und damit zur Interferenz gebracht.
- Claus Jönsson gelang 1957 bzw 1961 der Nachweis der Elektronenbeugung mit Hilfe eines äußerst feinen Doppelspalts, sodass auch hier die die zur Interferenz gebrachten Elektronen nicht zuvor durch Materie hindurch bzw. in sie hinein dringen mussten.
Der Doppelspaltversuch mit Elektronen von Jönsson
Recherchieren Sie im Internet nach dem Experiment von Jönsson.
- Beschreiben Sie den Versuchsaufbau sowie die grundlegende Versuchsidee.
- Erläutern Sie, welche Probleme bei der Erstellung der Experimentiermaterialien zu lösen waren.
Beim Experiment wurde bei einer Beschleunigungsspannung von $U_\mathrm{B}=50\;\mathrm{kV}$ ein Abstand der Maxima von $a=1\:\mathrm{\mu m}$ gemessen. Der Abstand vom Spalt zum Schirm betrug $d=35\:\mathrm{cm}$.
Berechnen Sie den Spaltabstand des Doppelspalts, der bei diesen Versuch verwendet wurde.
Hier finden Sie eine Simulation, bei der Sie u. a. die Interferenzerscheinung von Elektronen am Doppelspalt auch bei ganz geringer Intensität der Elektronen (Einzelereignisse) untersuchen können. (*.exe-Datei, läuft nicht auf allen Geräten).
- Führen Sie das Experiment mit Elektronen durch und skizzieren Sie das Versuchsergebnis für wenige, viele und sehr viele Elektronen.
- Erläutern Sie die beobachteten Versuchsergebnisse und nehmen Sie dabei insbesondere auch Bezug zur "Kopenhagener Deutung".
(Zum Begriff "Kopenhagener Deutung", auch unter dem Stichwort "statistische Deutung" bekannt, finden Sie in der Regel etwas im Schulbuch, oder auch in Internet, z. B. hier oder hier).
Hinweis: Wenn Sie registrierter tet.user sind, können Sie auch über das Werkzeugsymbol rechts oben in der Menüleiste die Option "tet.cam" wählen und eine auf Ihrem Gerät gespeicherte Graphik, ggf. aus dem o. g. Programm, einfügen.
Tipps
Bestimmen Sie zunächst die Wellenlänge der 50kV-Elektronen, wobei Sie wegen der 50kV Beschleunigungsspannung relativistisch rechnen müssen.
Verwenden Sie dazu die Gleichungen $E^2={E_0}^2+p^2\cdot c^2$ sowie die de-Broglie-Beziehung $\lambda=\frac{h}{p}$.
Tipp 2
Tipp 1
Tipp 3
Fertigen Sie eine Skizze an mit Doppelspalt und Interferenzbild und nutzen Sie diese, um einen Zusammenhang zwischen dem gesuchten Spaltabstand b, dem Abstand der Maxima a, dem Abstand des Spalts vom Schirm d und der Wellenlänge $\lambda$ aufzustellen.