Golf-deeltjesdualiteit
Elektronen zijn rond 1890 ontdekt. Het leek heel duidelijk dat het
deeltjes zijn, geen golven. Waarschijnlijk stel jij je ook voor dat
in een stroomdraad heel kleine geladen balletjes de lading en de
energie transporteren. En voor veel toepassingen klopt dat
inderdaad, en kun je elektronen als geladen deeltjes beschouwen, die
banen volgen, banen die aan de wetten van Newton voldoen.
De grote verrassing kwam toen Davisson en Germer rond 1920
elektronen op een kristal schenen. Er ontstond een
interferentiepatroon van maxima en minima, dat alleen verklaard kon
worden door er van uit te gaan dat elektronen zich als golfjes
gedragen, als het gaat om de vraag waar ze terechtkomen. Gewone
kleine balletjes kunnen elkaar niet versterken of verzwakken.
Twee-spletenexperiment
Pas veel later is het twee-spletenexperiment dat Young met
licht deed nagedaan met elektronen. Het patroon dat achter de twee
spleten ontstaat, is net zo’n interferentiepatroon als wat je met
licht krijgt. Net als de proef van Davisson en Germer met
kristallen, toont ook dit experiment aan dat elektronen zich als
golfjes gedragen wat betreft het bepalen van de plaats waar ze
terechtkomen. Om zeker te weten dat de maxima en de minima niet
veroorzaakt worden door afstotende krachten tussen de elektronen, is
ervoor gezorgd dat er maar één elektron tegelijk op de spleten af
gaat. In een filmpje zie je dan hoe het interferentiepatroon
langzaam opbouwt. De elektronen arriveren per stuk bij de
fotografische plaat en ze worden ook per stuk geabsorbeerd. Maar het
patroon dat ze vormen is een interferentiepatroon met veel maxima en
minima.
De situatie is dus een beetje vreemd. Elektronen hebben een
golfkarakter, dat blijkt uit de interferentiepatronen die ze kunnen
vormen. Ze hebben toch ook iets van een deeltje, want er worden door
een fotografische plaat altijd hele elektronen tegelijk
geabsorbeerd, geen golfjes met alle mogelijke amplitudes. Dit wordt
wel de golf-deeltje-dualiteit genoemd. Een elektron is een
beetje golf, een beetje deeltje. Misschien zou je beter kunnen
zeggen: het is geen deeltje, het is geen golf, het is iets heel
nieuws: een quantumdeeltje.
Applet: Davisson en Germer experiment