டேவிசன்-செர்மர் சோதனை

டேவிசன்–செர்மர் சோதனை (Davisson–Germer experiment) என்பது இயற்பியல் ஆய்வுகளில் முக்கியமானவைகளில் ஒன்று. குவாண்டம் இயங்கியல் கோட்பாடுகளில் ஒன்றான அலை–துகள் இருமை கொள்கையினை இச்சோதனை நிரூபித்தது. கிளிண்டன் ஜோசப் டேவிசன், லெச்டர் செர்மர் ஆகிய அமெரிக்க இயற்பியலாளர்கள் 1923-1927 வரை இச்சோதனையை மேற்கொண்டு^[1] கருத்தாக மட்டுமே இருந்த டி பிராலி அலைகள் எனப்படும் பருப்பொருள் அலைகளை உருவாக்க முடியும் என நிரூபித்தனர். அதிலும் முக்கியமாக இலத்திரன்கள் அலையாகவும், துகளாகவும் செயல்படுவது கண்டறியப்பட்டது. குவாண்டம் இயங்கியல் மற்றும் சுரோடிங்கர் சமன்பாடு ஆகியவற்றை பரீட்சார்த்த முறையிலும் சோதிக்க அடித்தளமாக இச்சோதனை அமைந்தது.

வரலாறு

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் 1905 ஆம் ஆண்டு வெளியிட்ட ஒளிமின் விளைவு பற்றிய ஆய்வுக் கட்டுரையில் ஒளியானது, அலையாகவும், துகளாகவும் செயல்படுவதை விளக்கினார். இவ்வாய்வு அவருக்கு 1921 ஆம் ஆண்டுக்கான நோபல் பரிசைப் பெற்றுக் கொடுத்தது. துகளாகச் செயல்படும் ஒளி போட்டான் என அழைக்கப்படுகிறது. அலை என்று கூறப்பட்ட ஒளி, துகளாகச் செயல்படுவது போல், துகளாகச் செயல்படும் இலத்திரன்கள் அலையாகவும் செயல்படலாம் என்ற சிந்தனையே லுாயி டி பிராலியை டி பிராலி அலைகள் பற்றிய விளக்கம் அளிக்கச் செய்தது.^[2] கிளிண்டன் ஜோசப் டேவிசன் மற்றும் லெச்டர் செர்மர் இணைந்து சோதனை மூலம் டி பிராலி அலைகளை உருவாக்கினர்.

அணுத்துகள்கள்

அணுத்துகள் என்பது அணுவைக் கட்டமைக்கும் துகள்களாகும். அவற்றில் எலத்திரான்கள் என்ற துகளே அணுவின் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளை நிர்ணயிக்கிறது.

டி பிராலி அலைகள்

குவாண்டம் விசையியலில், பருப்பொருள் அலைகள் என்பது பருப்பொருட்களில் காணப்படும் அலை-துகள் இருமை பற்றிய கோட்பாடாகும். இக்கோட்பாட்டை லுாயிச் டி பிராலி என்ற இயற்பியல் அறிஞர் அறிமுகப்படுத்தினார்^[3]. இயக்கத்திலுள்ள ஒவ்வொரு துகளுக்கும் அலைபண்பும் உள்ளது .இவ்வலையே டி பிராலி அலைகள் எனப்படுகிறது.

போரின் இயற்பியல் சத்திச்சொட்டாக்குகை கோட்பாடு

போர் அணு மாதிரி ஒரு எலத்திரனால் அணுக்கருவைச் சுற்றியுள்ள அனைத்துச் சுற்றுப்பாதைகளிலும் சுற்றி வர முடியாது. எலத்திரான்கள், அனுமதிக்கப்பட்ட சுற்றுப்பாதைகளில் மட்டுமே சுற்றி வர முடியும். அப்பொழுது எலத்திரானின் கோண உந்தம் $h/2π$ இன் முழு மடங்காக இருக்க வேண்டும். [இதில் $h$ = 6.626×10⁻³⁴ Js. பிளாங்க் மாறிலி] இந்தப் பாதைகள் நிலைப்புத்தன்மை கொண்ட பாதைகள்^[4] அல்லது கதிர் வீசாப் பாதைகள் எனப்படும். இப்பாதையில் இயங்கும் எலத்திரான்கள் ஆற்றலை கதிர்வீசுவதில்லை. இவை எலத்திரான்களின் அலையியக்கத்தை கூறுகிறது.

இலத்திரன் விளிம்பு விளைவு

எலத்திரான் விளிம்பு விளைவு

எலத்திரான்களின் அலை பண்பினால் விளிம்பு விளைவு ஏற்படுகிறது.எலத்திரான்களை வேகமாகச் செலுத்தி குறுக்கீட்டு விளைவின் மூலம் விளிம்பு விளைவு ஏற்படுத்தப்படுகிறது.திண்மப்பொருள் இயற்பியலில் படிக அமைப்புகளை அறிய எலத்திரான் விளிம்பு விளைவு உதவுகிறது.^[5]

டேவிசன்-செர்மர் சோதனை

டேவிசன்-செர்மர் சோதனை அமைப்பு

அமைப்பு

எலத்திரான் கற்றையை உமிழும் எலத்திரான் உமிழ்ப்பான் (electron gun) உள்ளது.இது வெப்பத்தினால் எலத்திரான்களை உமிழ்கிறது.பேரியம் ஆக்சைடு பூசப்பட்ட டங்க்ஸ்டன் இழை உமிழ்ப்பானாக பயன்படுகிறது.
44V முதல் 68V வரை உள்ள மின்னழுத்தம் எலத்திரான்களை முடுக்கப் பயன்படுகிறது.
மிகச் சிறிய துளையிடப்பட்ட உருளைகள் எலத்திரான்களை நேர்வரிசையாக்க உதவுகிறது.
நிக்கல் உலோகமானது எலத்திரான்கள் மோதும் இலக்காக (Target) பயன்படுகிறது.
எதிரொளி்க்கப்பட்ட எலத்திரான்கள் எதிரொளி்க்கும் கோணங்களைக் கண்டறிய பாரடே பெட்டி (Faraday cup) இணைக்கப்பட்டுள்ளது.
மொத்த அமைப்பும் வெற்றிடத்தில் வைக்கப்பட்டுள்ளது.

சோதனையின் முடிவுகள்

54V மின்னழுத்தத்தில் எலத்திரான் செறிவு

எதிரொளிப்புக் கோணம் 50⁰ ஆக இருக்கும் போது எலத்திரானின் செறிவு அதிகபட்சமாக இருக்கும்.
பருப்பொருள் அலைகளின் அலைநீளம் 0.165 nm (nano meter) ஆக இருக்கும்.

பிற குறிப்புகள்

எலத்திரானின் அலைப் பண்பு எலத்திரான் விளிம்பு விளைவு மூலம் நிரூபிக்கப்படுகிறது.
ஆக்கச்சார்பு குறுக்கீடு (constructive interference) என்ற குறுக்கீட்டு விளைவின் மூலம் எலத்திரானின்

அலைப் பண்பு அறியப்படுகிறது.

முடுக்கப்பட்ட அனைத்து துகள்களும் அலைப் பண்பைப் பெற்றிருக்கும்.
துகள்களின் நிறையும் அவற்றினால் உருவாகும் அலையின் அலைநீளமும் எதிர்விகிதத்தில் இருக்கும்.
மீள்தன்மையுள்ள சிதறல் மூலம் எலத்திரன் எதிரொளிக்கப்படுகிறது.
நிக்கல் அணுக்களிடையேயுள்ள துாரம் எலத்திரான் விளிம்பு விளைவு ஏற்படுத்தும் அளவில் உள்ளது.
லுாயிச் டி பிராலி அவர்கள் அனுமானித்த அலைநீளத்தின் அளவும், கிளிண்டன் ஜோசப் டேவிசன் மற்றும்

லெச்டர் செர்மர் செய்த சோதனையின் முடிவில் கணக்கிடப்பட்ட அலைநீளத்தின் அளவும் ஒத்துப் போனது.

பயன்கள்

எலத்திரான் நுண்ணோக்கி உருவாக காரணமாக இச்சோதனை அமைந்துள்ளது.LEED (Low Energy Electron Diffraction) எனப்படும் குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட எலத்திரான் விளிம்பு விளைவு மூலம் உருப்பெருக்கம் செய்யும் முறை அதிக அளவில் பயன்பாட்டில் உள்ளது.இதன் மூலம் படிகங்களின் அமைப்பையும், அணுக்களுக்கிடையேயுள்ள துாரத்தையும் கண்டறிய உதவுகிறது.

மேற்கோள்கள்

↑ Davisson, C. J.; Germer, L. H. (1 April 1928). "Reflection of Electrons by a Crystal of Nickel". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 14 (4): 317–322. doi:10.1073/pnas.14.4.317. பப்மெட்:16587341. Bibcode: 1928PNAS...14..317D.
↑ Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). "Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles". Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). யோன் வில்லி அன் சன்ஸ். பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 0-471-87373-X.
↑ L. de Broglie, Recherches sur la théorie des quanta (Researches on the quantum theory), Thesis (Paris), 1924; L. de Broglie, Ann. Phys. (Paris) 3, 22 (1925).
↑ Niels Bohr (1913). "On the Constitution of Atoms and Molecules, Part II Systems Containing Only a Single Nucleus". Philosophical Magazine 26 (153): 476–502. doi:10.1080/14786441308634993. http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/bohr13b/eng.pdf.
↑ Thomson, G. P. (1927). "Diffraction of Cathode Rays by a Thin Film" (PDF). Nature 119 (3007): 890–890. doi:10.1038/119890a0. Bibcode: 1927Natur.119Q.890T. http://www.nature.com/nature/journal/v119/n3007/pdf/119890a0.pdf.

R. Nave. "Davisson–Germer Experiment". HyperPhysics. Georgia State University, Physics Departement.

வெளி இணைப்புகள்

[1] Davisson, C. J.; Germer, L. H. (1 April 1928). "Reflection of Electrons by a Crystal of Nickel". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 14 (4): 317–322. doi:10.1073/pnas.14.4.317. பப்மெட்:16587341. Bibcode: 1928PNAS...14..317D.

[EisbergResnick-2] Eisberg, R.; Resnick, R. (1985). "Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles". Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd ed.). யோன் வில்லி அன் சன்ஸ். பன்னாட்டுத் தரப்புத்தக எண் 0-471-87373-X.

[3] L. de Broglie, Recherches sur la théorie des quanta (Researches on the quantum theory), Thesis (Paris), 1924; L. de Broglie, Ann. Phys. (Paris) 3, 22 (1925).

[4] Niels Bohr (1913). "On the Constitution of Atoms and Molecules, Part II Systems Containing Only a Single Nucleus". Philosophical Magazine 26 (153): 476–502. doi:10.1080/14786441308634993. http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/bohr13b/eng.pdf.

[GPTdiff-5] Thomson, G. P. (1927). "Diffraction of Cathode Rays by a Thin Film" (PDF). Nature 119 (3007): 890–890. doi:10.1038/119890a0. Bibcode: 1927Natur.119Q.890T. http://www.nature.com/nature/journal/v119/n3007/pdf/119890a0.pdf.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]