Quantenphysik

Quantenobjekt Elektron

Originalarbeit von JÖNSSON

  • Elektronen – mehr als Billardkugeln?
  • Wie verhalten sich Elektronen an einem Doppelspalt?
  • Wie groß ist die de BROGLIE-Wellenlänge?
  • Was ist der Welle-Teilchen-Dualismus?

Originalarbeit von JÖNSSON

Aus dem Institut für Angewandte Physik der Universität Tübingen

Zeitschrift für Physik 161, S. 454 - 474 (1961)

Elektroneninterferenzen an mehreren künstlich hergestellten Feinspalten
von Claus Jönsson

Hier soll von einem weiteren, auf die Elektronenoptik übertragenen Interferenzversuch der Lichtoptik berichtet werden: der Beugung von Elektronenwellen am Spalt und an periodischen Anordnungen bis zu fünf Spalten, was zum ersten Mal auch zu 3-,4- und 5-Strahlinterferenzen in der Elektronenoptik führt.

Der ... naheliegende Versuch, Elektronenbeugung am künstlich hergestellten Spalt, mehreren Spalten oder Gitter zu machen, stößt auf einige technische Schwierigkeiten, die seine Verwirklichung bisher verhindert haben. Diese sind einmal die kleine Wellenlänge des Elektronenstrahls, denn um eine vernünftige Elektronenoptik treiben zu können, muss man mit mittelschnellen Elektronen arbeiten. Hier wurden stets mit 50 kV beschleunigte Elektronen verwendet, deren de Broglie-Wellenlänge etwa 0,05 Angström das sind 5·10-12 m beträgt. Sie ist also wesentlich kleiner als die Atomdimension, so dass es grundsätzlich unmöglich ist, Materie mit Spalten, deren Breite und Gitterkonstante sich in der Größenordnung der Wellenlänge bewegen, zu versehen. Es können nur wesentlich gröbere Spalte hergestellt werden. Dies ist an sich keine Einschränkung für solche Versuche, nur muss man sich dann sehr um die kohärente Ausleuchtung der Spalte und die Nachvergrößerung der sehr feinen Interferenzfiguren bemühen. Aus der im Verhältnis zu den Atomdimensionen sehr kleinen Wellenlänge folgt eine weitere Schwierigkeit: es gibt für Elektronen keine durchsichtigen Substanzen, wie es sie für Licht gibt, ein Elektronenstrahl wird nur im Vakuum nicht gestreut. Deshalb ist hier bei der Herstellung der Spalte nicht die Vereinfachung möglich, dass man sie auf einen durchsichtigen Träger präpariert, wie es in der Lichtoptik z. B. bei dem auf Glas geritzten Beugungsgitter der Fall ist, sondern man muss ein Verfahren finden, das einem erlaubt, materiefreie Spalte in Metallfolien herzustellen, deren Dimensionen so klein sind, dass sie noch intensiv genug kohärent ausgeleuchtet werden können ...

Überträgt man die Dimensionen (des benutzten) Beugungsversuches auf die Lichtoptik, so hätte man wegen der 105-fach größeren Wellenlänge 5 cm breite Spalte mit einer Gitterkonstanten von 20 cm zu verwenden. Die Abstände zwischen Quelle und Spalten und Auffangebene wären 30 bzw. 40 km und die Breite der Quelle müsste 5 mm sein. In der Lichtoptik ist dieser Versuch aus Intensitätsgründen nicht zu verwirklichen....

Es ist hervorzuheben, dass die Empfindlichkeit dieses Elektronenbeugungsgerätes der eines Elektronenmikroskops mit 106facher elektronenoptischer Vergrößerung entspricht, d. h. es reagiert stark auf Spannungsschwankungen, Erschütterungen und magnetische Störfelder. . . .

Zur Beobachtung der Interferenzerscheinungen von 50 kV-Elektronen an den so hergestellten Spalten musste eine spezielle Beugungsanlage gebaut werden.... Mit dieser Anlage wurden Beugungsdiagramme an 1, 2, 3, 4 und 5 Spalten aufgenommen.... Es konnte gezeigt werden, dass die von der Lichtoptik her bekannten Beugungserscheinungen an mehreren Spalten in entsprechender Weise auch mit Elektronen beobachtet werden können.

Bild von Elektroneninterferenzen am Doppelspalt

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