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Proyecto Interdisciplinario Noelia Mndez Diana Cabrera Profa.
Alicia Acland Fsica 4B I.P.A.
Experimento de Davisson y Germer
PRIMERAS APROXIMACIONES Y COMENTARIOS:
Se parti del inters de estudiar un experimento vinculado a la
dualidad
onda partcula, y se decidi enfocar en el experimento de Davisson
y Germer
mencionado como comprobador de la hiptesis de de Broglie, del
cual poco
sabemos mediante los textos y por ello nos interesa
profundizar.
Algunas preguntas iniciales
El experimento comprueba la hiptesis de de Broglie? Los autores
llegaron a
dichas conclusiones?
Davisson y Germer conocan la tesis de de Broglie?
Por qu se habla de que fue un accidente el experimento?
Por qu Davisson no comparte el premio nobel con Germer y el
experimento lleva
ambos nombres en los textos?
Se trata de un experimento crucial? Es presentado en todos los
textos de fsica
moderna?
Por qu se selecciona ese experimento en los textos del contexto
de enseanza y
no otros que siguen la misma lnea?
Qu concepcin de onda y de partcula tenan en esa poca y como
son
reinterpretadas?
HECHT, Eugene (1999)
Experimento como por accidente, explosin de laboratorio sin
explicar.
Comprendidos recin los resultados un ao posterior.
Considerando ese ao posterior, el texto plantea que Davisson y
Germer
comprobaron la hiptesis de de Broglie.
Se dice al pasar que inicialmente Davisson experimentaba
solo,
mencionando el ao 1925 como referencia.
Menor importancia en el texto al experimento de Thomson.
GAMOW, George (1985)
Los experimentos de Davisson- Germer y de Thomson son
presentados en
el texto en igualdad de importancia.
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Son presentados como dos de los experimentos desarrollados en la
lnea de
estudiar si existen ondas piloto que acompaan a los
electrones.
Otto Stern repite el experimento de Davisson y Germer con tomos
de
sodio.
No se muestra al experimento como el comprobante de la hiptesis
de de
Broglie, pero si a una serie de experimentos (incluido ste): ()
result
comprobado que las partculas pequeas, tales como electrones o
tomos,
son guiados en su movimiento por , cuya naturaleza era
completamente oscura en aquel tiempo. (pg. 318)
Cul es el significado de las ? Son ondas como la luz o
artilugios matemticos introducidos de modo de producir
coherencias en la
teora y encontrar simetras?
JANES, James (1953)1
Los experimentos de Thomson y de Davisson y Germer son
presentados en
igualdad de condiciones.
Exp. De Davisson-Germer se presenta como casi accidentalmente
sin
detallar a qu se refiere.
No queda claro si D y G conocan la tesis de de Broglie.
El experimento no es presentado como comprobador de la hiptesis
de de
Broglie. Se deja una puerta abierta: () esto sugiri que hay algo
en el
electrn de naturaleza ondulatoria.
YOUNG, Hugh. & FREEMAN, Roger. (2009)
Es el primer texto con el que tomamos contacto que describe con
mayor
detalle el experimento de Davisson y Germer, presentando incluso
un
diagrama simplificado similar al dispositivo utilizado por
stos.
2
1 Libro Francesca 2 Young, H. & Freeman, R. (2009), pg.
1353.
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Davisson y Germer en los Bell Telephone Laboratories, incidan un
haz de
electrones en una pieza de nquel estudiando con ello la reflexin
que
suponan difusa de dicho haz (puesto que la mezcla era
policristalina).
Esperaban una distribucin uniforme de intensidad de electrones,
en
funcin de un determinado ngulo .
Se plantea que en el experimento se produjo un accidente y se
detalla:
ingres aire en la cmara de vaco en la que se dispona el
material, formndose
una pelcula de xido en la superficie del cristal en la que
incidan los electrones.
Para quitar esa pelcula, Davisson y Germer calentaron la muestra
en un horno de
alta temperatura, casi hasta la fusin. Ellos no lo saban, pero
lo anterior caus la
formacin de grandes regiones monocristalinas, con planos
cristalinos continuos
en el ancho del haz de electrones. (pg. 1353). Se form luego de
repetir el
experimento un patrn de difraccin similar al de los rayos X.
Los autores del experimento conocan la hiptesis de de Broglie de
acuerdo
al texto.
Se concluye que Davisson-Germer: Haban descubierto una
confirmacin
experimental muy directa de la hiptesis ondulatoria. (pg.
1353).
Presenta con menor importancia el experimento de Thomson de 1928
en
cuanto a su descripcin con menor detalle. No obstante, se
describe como
otra forma de confirmacin de la hiptesis de de Broglie.
Otros experimentos posteriores: Estermann y Stern (difraccin
de
partculas alfa).
As, la naturaleza ondulatoria de las partculas, tan extraa en
1924, se
estableci firmemente en los siguientes aos. (pg. 1353). Esto
ltimo,
ligado a la breve mencin de varios experimentos, da lugar a
pensar que no
fue nicamente mediante el experimento de Davisson y Germer que
se
comprob la hiptesis de de Broglie.
Monografa 2013, Belsterli y Molina:
Contexto de enseanza:
Blatt (1991). Fundamentos de fsica
Surez, Vachetta y Bonda (2010). Electromagnetismo, cuntica y
relatividad.
Serway (2009). Fsica para la ciencia y la ingeniera con fsica
moderna.
Wichamnn (1986). Fsica Cuntica.
Hiptesis implcitas:
Las partculas clsicas no pueden mostrar interferencia ni
difraccin
mientras que la onda s lo hace.
Teora electromagntica de Maxwell.
Efecto fotoelctrico de Einstein
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La estructura de un cristal sirve como un tipo de red de
difraccin de
tres dimensiones - Max von Laue; 1912
Los fotones poseen un momento lineal asociado - Arthur
Compton.
Los cuantos de energa poseen un momento lineal p=h/, de lo que
se
deduce que se comportan como partculas. (pg. 7)
Premio Nobel Davisson-Thomson:
Premio nobel: por su descubrimiento de los fenmenos de
interferencia que
surgen cuando los cristales se exponen a los haces de
electrones.
Haz de electrones incidiendo en la superficie de un cristal se
inici en 1922
por Davisson y Kunsman (colaborador), con objeto de estudiar el
fenmeno
de difraccin desde comienzos.
Al comienzo Davisson y Kunsman obtuvieron resultados difciles
de
explicar.
Posteriormente Davisson junto a su colaborador Germer pudieron
obtener
la evidencia de la existencia de ondas mecnicas en favor de la
teora de de
Broglie. Davisson y Germer estudiaron la reflexin de los haces
de
electrones en varias direcciones suministrando voltajes de entre
(50 y
600)V, es decir, electrones con bajas velocidades. Sus
resultados estaban de
acuerdo con la teora ondulatoria.
4 meses despus, Thomson confirma tambin la teora de de
Broglie
realizando experimentos diferentes e independientes de
Davisson.
Thomson estudi la difraccin del haz de electrones por
transmisin
aplicando voltajes entre (10.000 y 80.000)V, electrones con
altas
velocidades.
Mtodo similar al de Thomson realizado previamente por Debye y
Scherrer
en el anlisis de rayos X de la estructura de cristales.
Von Laue (Nobel 1914) incidir rayos X en cristales considerados
como
redes, dando lugar a fenmenos de difraccin e interferencia; por
lo que se
interpret a los rayos X como ondas.
Propsito de los experimentos: verificar la teora de de
Broglie.
Resultados Davisson como: la primera evidencia experimental
positiva de la
naturaleza ondulatoria de la materia.
Haber-Schaim, U. y otros (1972):
El texto presenta un captulo denominado Ondas materiales en el
cual
describe el trabajo de de Broglie y luego describe experimentos
a modo de prueba
de la existencia de ondas materiales. Experimentos donde se
estudia la incidencia
de haces de partculas, en un cristal tanto por reflexin como por
transmisin. Sin
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embargo, no es mencionado el experimento de Davisson y Germer,
como tampoco
el de Thomson.
S son descritos los experimentos de Clifford Shull realizado con
neutrones,
y resultados de experimentos realizados con un haz de helio por
Estermann y
Stern. Ello lleva a preguntarse nuevamente si el experimento de
Davisson y Germer
es un experimento crucial; y por qu muchos textos seleccionan
dicho experimento
entre otros.
Davisson y Germer (1927):
Se inici la investigacin como resultado de un accidente en 1925.
Una
botella de lquido explot, el tubo experimental se rompi y la
muestra de
nquel se oxid por interrupcin del aire. Una capa de xido fue
eliminada
por vaporizacin.
Los resultados obtenidos han sido en desacuerdo con la
perspectiva de los
autores.
Se menciona trabajo de Elsasser al respecto, en 1925 poco despus
de darse
a conocer los trabajos originales de de Broglie sobre la
mecnica
ondulatoria: prediccin de la naturaleza ondulatoria de la
mecnica de
partculas se encuentra en la reaccin entre un haz de electrones
y un
cristal. La evidencia de ello se fundaba en las curvas que
muestran la
distribucin de ngulos de electrones dispersados por una placa de
platino
policristalino. Davisson y Germer manifiestan estar en
desacuerdo
fundamentando que ello no resulta ser evidencia.
Fuentes consultadas:
Belsterli, C. & Molina, C. (2013). El estudio de las
interpretaciones y re-
interpretaciones del experimento de Davisson y Germer.
I.P.A.
Davisson, C. & Germer, L. (1927) Difraction of electrons by
a crystal of nickel.
Second Series; Vol 30 n6. Disponible desde:
http://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.30.705
Discurso del premio Nobel de Davisson y Thompson (1937)
Disponible
desde:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/press.ht
ml
Gamow, G. (1985). Biografa de la fsica. (pgs. 317-321). Espaa;
Alianza
Editorial.
Haber-Schaim, U.; Cross, J.; Dodge, J. & Walter, J. (1972)
Fsica (PSSC). (pgs.
701-712) Espaa; Editorial Revert.
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Hecht, E. (1999). Fsica 2 lgebra y Trigonometra. (pgs.
1052-1054).
Mxico; Thomson.
Janes, J. (1953) Historia de la fsica. (pg. 363) Mxico. Fondo de
Cultura
econmica.
Young, H. & Freeman, R. (2009) Fsica Universitaria volumen
2; 12edicin.
(pgs. 1350-1354) Mxico; Editorial Pearson.
