Gelombang De Broglie

Pada tahun 1924, Louis de Broglie, seorang ahli fisika dari prancis

mengemukakan hipotesis tentang gelombang materi. Gagasan ini adalah timbal

balik dara gagasan partikel cahaya yang dikemukakan Max Planck. Louis de

Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas

elektron. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat

gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas.1

Hipotesis tentang gelombang materi berasal dari gagasan foton Einstein.

Kemudian diterapkan Louis de Broglie pada 1922, sebelum Compton

membuktikannya, untuk menurunkan Hukum Wien (1896). Ini menyatakan

bahwa "bagian tenaga elektromagnet yang paling banyak dipancarkan benda

(hitam) panas adalah yang frekuensinya sekitar 100 milyar kali suhu mutlak

(273 + suhu Celsius) benda itu". Pekerjaan ini ternyata memberi dampak yang

berkesan bagi de Broglie.

Pada musim panas 1923, de Broglie menyatakan, "secara tiba-tiba muncul

gagasan untuk memperluas perilaku rangkap (dual) cahaya mencangkup pula

alam partikel". Ia kemudian memberanikan diri dengan mengemukakan bahwa

"partikel, seperti elektron juga berperilaku sebagai gelombang". Gagasannya ini

ia tuangkan dalam tiga makalah ringkas yang diterbitkan pada 1924; salah

satunya dalam jurnal vak fisika Perancis, Comptes Rendus. 

Penyajiannya secara terinci dan lebih luas kemudian menjadi bahan tesis

doktoralnya yang ia pertahankan pada November 1924 di Sorbonne, Paris. Tesis

ini berangkat dari dua persamaan yang telah dirumuskan Einstein untuk foton,

E=hf dan p=h/. Dalam kedua persamaan ini, perilaku yang "berkaitan" dengan

partikel (energi E dan momentum p) muncul di ruas kiri, sedangkan ruas kanan

dengan gelombang (frekuensi f dan panjang gelombang , baca: lambda). Besaran

h adalah tetapan alam yang ditemukan Planck, tetapan Planck. 

Secara tegas, de Broglie mengatakan bahwa hubungan di atas juga berlaku untuk

partikel. Ini merupakan maklumat teori yang melahirkan gelombang partikel

atau de Broglie. Untuk partikel, seperti elektron, momentum p adalah hasilkali

massa (sebanding dengan berat) dan lajunya. Karena itu, panjang gelombang de

1 http://logku.blogspot.co.id/2010/02/sifat-dualisme-gelombang-materi.html diakses pada 07 oktober 2015 pukul 12.30 wib

Broglie berbanding terbalik dengan massa dan laju partikel. Sebagai contoh,

elektron dengan laju 100 cm per detik, panjang gelombangnya sekitar 0,7 mm. 

Menurut de Broglie, partikel yang bergerak sangat cepat, mempunyai cirri-ciri

gelombang. Sifat-sifat gelombang dari partikel dinyatakan dalam persamaan:

= h/mvλdimana: = panjang gelombangλm = massa partikel

v = kecepatan

h = tetapan Planck

persamaan diatas dikenal dengan nama persamaan de Broglie dimana

persamaan ini dapat dipergunakan untuk menghitung besarnya panjang

gelombang dari suatu partikel yang bergerak dengan kecepatan v

Difraksi partikel

Dalam tahun 1927 Davisson dan Germer di Amerika Serikat dan G.P Thomson di Inggris secara bebas meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan berkas elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal.2

Davisson dan Germer mempelajari elektron yang terhambur oleh zat padat yang memakai peralatan. Energi elektron dalam berkas primer, sudut jatuhnya pada target, dan kedudukan detektor dapat diubah-ubah. Fisika klasik meramalkan bahwa elektron yang terhambur akan muncul dalam berbagai arah dengan hanya sedikit kebergantungan dari itensitas terhadap sudut hambur dan lebih sedikit lagi dari energi elektron primer. Dengan memakai blok nikel sebagai target, Davisson dan Germer membuktikan ramalannya.

Ditengah-tengah pekerjaan tersebut terjadi suatu peristiwa yang memungkinkan udara masuk kedalam peralatannya dan mengoksidasi permukaan logam. Untuk menguasai oksida nikel murni, target itu dipanggang dalam oven bertemperatur tinggi. Setelah perlakuan tersebut, targetnya dikembalikan kedalam peralatan dan pengukurannya dilakukan lagi. Sekarang ternyata hasilnya sangat berbeda dari sebelum peristiwa itu terjadi: sebagai ganti dari variasi yang malar (kontinu) dari intensitas elektron yang terhambur terhadap sudut timbul maksimum minimum yang jelas teramati yang kedudukannya bergantung daripada eneri elektron. Grafik polar yang bisa digambarkan untuk intensitas elektron setelah peristiwa itu ditunjukkan dalam Gb.5.2, metoda plotnya dilakukan sedemikian sehingga itensitas pada setiap sudut berbanding lurus denga jarak kurva (likuan) pada sudut itu dari titik hambatanya. Jika intensitas sama untuk semua sudut hambur, kurvanya akan berbentuk lingkaran dengan titik hambur sebagai pusat.

Hipotesis de Broglie mendorong tafsiran bahwa gelombang elektron didifraksikan oleh target sama seperti sinar-x didifraksikan oleh bidang-bidang atom dalam kristal. Tafsiran ini mendapat dukungan setelah disadari bahwa efek pemanasan sebuah blok nikel pada

2 https://koplakcom.files.wordpress.com/.../5- difraksipar tikel

temperatur tinggi menyebabkan banyak kristal individual kecil yang membangun blok tersebut bergabung menjadi kristal tunggal yang besar yang atom-atonnya tesusun dalam kisi yang teratur.

GAMBAR 5.1 Eksperimen Davisson Germer

Bedil elektron

detektor elektron

Berkas datang (jatuh)

Berkas hambur