德布罗意波的实验验证

德布罗意关于德布罗意波的假设只不过是在形式上与光子理论的类比，并没有物理上的实质内容，是否符合实际，还需获得直接的实验验证才行。

1．戴维逊－革末实验

当电子经加速电压U＝200V的电场加速后，获得的动能Ek＝eU＝200eV。根据德布罗意的假设，电子的德布罗意波长为

计算出的电子的德布罗意波长在X射线波段（0．04～0．1nm），也与晶体的晶格常数d的数量级相近。X射线在单晶体表面散射后会出现衍射图样，如果电子具有波动性，那么电子束在晶体表面散射后是否也会出现衍射图样呢？

这个预想在1927年首先由美国物理学家戴维逊（C．J．Davisson，1881—1958）和革末（L．H．Germer，1896—1971）通过电子衍射实验所证实，实验装置如图17－5－1所示。戴维逊和革末做电子束在晶体表面散射实验时，观察到了与X射线衍射相似的电子衍射现象，散射电子束的强度是散射角θ的函数，随着角度θ的不同而出现极大值和极小值。如果电子不具有波动性，则散射电子的强度将随θ角的增大而减小，绝不会有极值出现，戴维逊和革末认为这是电子衍射所造成的实验结果。

图17－5－1 戴维逊－革末实验装置示意图

当加速到动能为54eV的电子束垂直投射到镍单晶表面上时，在θ＝50°角处电子强度出现极大值，而镍单晶的晶格常数d＝2．15×10－10 m，根据布喇格公式（衍射极大的条件式）可算出电子的德布罗意波长λ＝1．65×10－10 m，而按德布罗意公式算得的λ＝1．67×10－10 m。计算结果表明，德布罗意波长的理论计算值与实验值比较吻合。因此这个实验结果为电子具有波动性以及德布罗意公式提供了最直接的实验证据。

电子的波动性之所以长期没有被发现，是因为电子的德布罗意波长非常短，在一般的实验条件下，波动性表现不明显。

2．汤姆逊电子衍射实验

1927年，汤姆逊做了电子束穿过多晶薄膜的衍射实验，在感光片上产生的衍射图样是一个明暗相间的同心圆环，这与X射线通过多晶薄膜产生的衍射图样极其相似，如图17－5－2所示，也证实了电子的波动性。汤姆逊于1937年与戴维逊和革末一起获得了诺贝尔物理学奖。

图17－5－2 X射线和电子通过多晶薄膜产生的衍射图样

后来证实了不仅电子具有波动性，其他微观粒子，如原子、质子和中子等也都具有波动性。微观粒子的波动性在现代科学技术上已得到广泛的应用。利用电子的波动性，已制造出了高分辨率的电子显微镜；利用中子的波动性，制成了中子摄谱仪。