데이비슨–거머 실험 (전자의 회절)

Davisson–Germer experiment (electron diffraction)

니켈 결정에 쏜 전자가 아무 데나 튀지 않고 특정한 방향으로만 몰린다면, 전자는 무엇처럼 행동한 걸까요?

무슨 일이 일어났나

데이비슨과 거머는 달군 필라멘트에서 나온 전자를 전압으로 가속해 {111} 면으로 자른 니켈 결정에 수직으로 쏘고, 되비쳐 나온 전자의 세기를 각도마다 재었습니다.

되비친 전자는 아무 방향으로나 흩어지지 않고 몇몇 방향으로만 세게 몰렸는데, 1927 년 Phys. Rev. 논문은 370 V 아래 가속 전압에서 이런 빔 묶음 30 개를 보았다고 적습니다.

그 방향은 빛이 회절 격자에서 꺾이는 방향처럼 d·sin θ = λ 로 정해져서, 전자의 물질파 파장이 원자 줄 사이 거리와 비슷하다는 증거가 되었습니다.

시뮬레이터에서 줄 사이를 0.2 nm(예로 든 값 — 니켈의 실제 값 아님)로 두면 54 V 전자(파장 167 pm)는 56.6°, 100 V 전자(파장 123 pm)는 37.8° 에서 가장 세게 되비칩니다.

APS 는 이 실험을 입자의 파동 성질을 처음 직접 보인 실험으로 기념하고, 데이비슨은 1937 년 노벨 물리학상을 받았습니다.

💡 생활 속 예시

DVD 뒷면을 기울이면 촘촘한 홈에서 되비친 빛이 특정한 각에서만 무지갯빛으로 반짝이는데, 니켈 결정의 원자 줄에서 되비친 전자도 이렇게 특정한 각으로 몰립니다.
학교 운동장의 촘촘한 철망 울타리 너머로 먼 가로등을 보면, 빛이 철망 무늬를 따라 십자 모양 점으로 퍼져 보입니다 — 촘촘한 줄이 만드는 회절입니다.

누가 왜 찾았나

APS 기념 표지판에 따르면 1927 년 뉴욕 맨해튼 웨스트빌리지에 있던 벨 연구소 7B 호실에서, 데이비슨과 거머는 니켈 금속 겉면에 전자를 쏘아 결정에서 되비친 전자가 파동처럼 회절한다는 것을 보였습니다. MagLab 에 따르면 같은 무렵 G. P. 톰슨도 전자의 파동성을 받쳐 주는 결과를 냈습니다.

확인된 값

입자의 파동 성질을 처음 직접 보인 실험 (APS 기념 표지판): 1927 출처
실험한 곳 (벨 연구소 7B 호실, 1927): Bell Labs room 7B 출처
그때 벨 연구소 자리 (뉴욕 맨해튼 웨스트빌리지): West Village, Manhattan 출처
전자를 니켈 금속 표면에 쏨: nickel 출처
데이비슨 노벨 물리학상: 1937 출처
같은 무렵 전자의 파동성을 더 받쳐 준 사람 (G. P. 톰슨): George Paget Thomson 출처
논문 (Phys. Rev. 30, 705, 1927 년 12 월): Phys. Rev. 30, 705 (1927) 출처
전자가 파동처럼 군다 (APS 목록의 1927 항목): 1927 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질 [12물리03-03]
한국 2022 · 과학탐구실험1 · 과학의 본성과 역사 속의 과학 탐구
일본 · 高等学校物理 (4) 原子

출처

https://www.aps.org/programs/honors/history/historicsites/davisson-germer.cfm(확인 2026-11-12)
https://micro.magnet.fsu.edu/optics/timeline/people/debroglie.html(확인 2026-11-12)
https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.30.705(확인 2026-11-12)
https://promo.aps.org/quantum-foundation-collection(확인 2026-11-12)

이어서 보기

물질파 (드브로이 파장)