Biophysics · 04.07

電子の波動性

Wave nature of the electron

🧠 電子回折electron diffraction電子回折（electron diffraction）electron diffraction（電子回折）は、電子が粒子として検出されながら波動的な確率分布を作ることを示す。

電子回折が示す波動性

加速電圧で運動量momentum運動量（momentum）momentum（運動量）を制御し、結晶格子grating格子（grating）grating（格子）の周期と同程度の波長にするとブラッグ回折Bragg diffractionブラッグ回折（Bragg diffraction）Bragg diffraction（ブラッグ回折）が生じる。

flowchart TD
  A["電子を加速"]
  B["結晶で散乱"]
  C["検出器上に<span class='jp-term jp-term-diagram' title='diffraction pattern'>回折像</span>"]
  A --> B
  B --> C

加速電圧と波長

\lambda=\frac{h}{p}\simeq\frac{h}{\sqrt{2m_e eV}}

非相対論的範囲では加速電圧 $V$ が高いほど波長は短い。

結晶による検証

電子のde Broglie波は物質波の実験的証拠であり、局在した電子の波束には位置と運動量momentum運動量（momentum）momentum（運動量）の不確定性が伴う。

単一電子を順次送ってもパターンが蓄積する。
測定では局所的な粒子事象として検出される。
高電圧high高電圧（high）high（高電圧）では相対論的補正relativistic correction相対論的補正（relativistic correction）relativistic correction（相対論的補正）が必要。

医学・測定への応用

電子回折electron diffraction電子回折（electron diffraction）electron diffraction（電子回折）と電子顕微鏡electron microscopy, EM電子顕微鏡（electron microscopy, EM）electron microscopy, EM（電子顕微鏡）の物理的基礎。

まとめ

電子回折electron diffraction電子回折（electron diffraction）electron diffraction（電子回折）は、電子が粒子検出されながら波動的な確率分布を作ることを示す。
単一電子を順次送ってもパターンが蓄積する。
電子回折electron diffraction電子回折（electron diffraction）electron diffraction（電子回折）と電子顕微鏡electron microscopy, EM電子顕微鏡（electron microscopy, EM）electron microscopy, EM（電子顕微鏡）の物理的基礎。