물질파 (드브로이 파장)

Matter waves (de Broglie)

공이나 전자처럼 움직이는 알갱이에도 «파장» 이 있다면, 얼마나 길까요?

무슨 일이 일어났나

움직이는 모든 알갱이는 파장을 가지며, 그 파장은 운동량에 반비례합니다(드브로이 파장 λ = h/p).

APS 기념 표지판에 따르면 드브로이는 1923 년 전자의 파동성을 내다보았고, 표지판은 알갱이의 빠르기가 클수록 파장이 짧다고 정리합니다.

시뮬레이터에서 100 V 로 가속한 전자는 초속 5,930 km 로 달리고 파장은 123 pm 로, 원자 지름(보어 반지름의 두 배)의 1.16 배쯤입니다.

파장이 원자 사이 거리와 비슷해서 결정에 쏜 전자는 특정한 방향으로 세게 되비치는데, MagLab 에 따르면 미국의 데이비슨과 거머가 이것을 실험으로 보였습니다.

같은 100 V 라도 질량이 훨씬 큰 양성자는 파장이 2.86 pm 로 짧아집니다 — 끌개에서 알갱이를 양성자로 바꿔 보세요.

💡 생활 속 예시

  • 학교 과학실 현미경으로는 세포까지 보이지만 바이러스는 잘 안 보이는데, 전자 현미경은 파장이 훨씬 짧은 전자의 물질파로 더 작은 것을 봅니다.
  • 운동장에서 굴러가는 축구공도 물질파를 가지지만 운동량이 커서 파장이 원자보다도 터무니없이 짧아, 물결처럼 휘는 모습은 볼 수 없습니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 알갱이가 빠를수록 물질파 파장이 길어진다.

    APS 데이비슨–거머 기념 표지판은 «알갱이의 빠르기가 클수록 파장이 짧다» 고 적습니다. 출처

누가 왜 찾았나

MagLab 에 따르면 루이 드브로이는 1924 년 마친 박사 논문에서 물질도 파동처럼 군다는 생각을 펼쳤고, 미국의 클린턴 데이비슨과 레스터 거머가 이를 실험으로 확인했습니다. 이 생각으로 그는 1929 년 노벨 물리학상을 받았습니다.

확인된 값

드브로이가 전자의 파동성을 내다본 해 (APS 기념 표지판)
1923 출처
드브로이 박사 논문을 마친 해
1924 출처
물질의 파동성 논문 (Ann. Phys. 10, 22, 1925)
1925 출처
드브로이 노벨 물리학상
1929 출처
실험으로 확인한 사람 (데이비슨과 거머, 1927)
Davisson and Germer 출처
입자가 빠를수록 파장이 짧다
faster → shorter 출처
플랑크 상수 h (CODATA 2022, 정해진 값)
6.62607015e-34 J s 출처
전자 질량 (CODATA 2022)
9.1093837139e-31 kg 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질 [12물리03-03]
  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-03]
  • 일본 · 高等学校 物理 (4) 原子

출처

이어서 보기

같은 단원 · 빛과 물질의 양자

DATA & LICENSE

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② 사실·숫자: 공식 기관·교재

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③ 교육과정

2022 개정 과학과 교육과정과 영국·호주·일본 교육과정에서 그 내용이 어디에 나오는지 함께 적습니다.

④ 실시간 자료

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