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F. F. Determinismus. v. m. Raum-Zeit-Kurve r(t). Gilt dies auch in der Mikrowelt?. Elektron. Als erstes Elementar- Teilchen entdeckt von J.J. Thomson 1897:. Ruhemasse m 0 = 9.1094 10 -31 kg Elementarladung e = 1.6022 10 -19 C. Atom der Ordnungszahl Z. Kern Z +.
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F F Determinismus v m Raum-Zeit-Kurve r(t) Gilt dies auch in der Mikrowelt?
Elektron Als erstes Elementar-Teilchen entdeckt von J.J. Thomson 1897: Ruhemasse m0= 9.1094 10-31kg Elementarladung e = 1.6022 10-19C
Atom der Ordnungszahl Z Kern Z + Elektronenhülle Z -
Metall - Kristall 0.2nm
- +
Ua T, E Kathode Anode Elektronenstrahl - + Ekin = e Ua
Fokussierung eines Elektronenstrahls Quelle Linse Objekt
- + Ablenkung eines Elektronenstrahls Quelle Linse Ablenker Objekt
Eigenschaften des Elektronenstrahls • Trägheitslose Ablenkbarkeit • Feinste Fokussierbarkeit • Höchste Energiedichte • cm2 Watt/cm2Elektronenstrahl 10-7 109 • Lichtbogen 10-3 105Schweißbrenner 10-2 104
Elektronenstrahl-Schweißen - + A B
Elektronenstrahl-Schweißen - + A B
Komplizierte SchweissnähteGasgenerator für Airbag Photo: Messer-Griesheim
Electron Beam Lithography - + resist silicon 0.0001 mm
Höchstintegration 10mm, 106 Komp .................................heute: Strukturbreiten < 1/10,000mm
Elektronen sind Teilchen ! • Masse m • Ladung e • kinetische Energie e Ua • lokalisierbar • elektromagn. Kräfte • Bahnen • Newton Mechanik
Materiewellen Wellenlänge Impuls „Wer sich über die Quantenmechanik nicht wundert, der hat sie nicht verstanden !“ Louis Victor Pierre Raymond Prince de Broglie, 1892 - 1987
v m Raum-Zeit-Kurve r(t) F F Teilchen und Wellen Bahn:lokalisierbar ???? Welle:nicht-lokalisierbarBeugungInterferenz
Welle am Spalt falsch !
Fresnel biprism for light source biprism detector 1/q interference pattern I(x)=2I0(1+cos (2qx)) with spatial frequency q:=/
Teilchen: Beugung am Spalt x p
x p h Ort-Impuls • E t h Energie-Zeit Heisenbergsche Unschärfe für QM-Teilchen
Electron Diffraction Experiment Electron Micrograph of the slits Electron Diffraction One Slit Two Slits from: Jönsson, Z. f. Physik 161 (1961), 454 - 474Möllenstedt, Physica B 151 (1988) 201 - 205
Möllenstedt electron biprism electron source biprism + detector 1/qc interference pattern I(x)=2I0(1+cos (2qcx)) with spatial frequency q:=/ ; ~Ubp
Quantum Noise time of flight 1µs << time between impacts 1ms single electron interference
Elektronenwellen = Wahrscheinlichkeitswellen
de Broglie Letter to Möllenstedt Paris, 19 June 1956 Monsieur and dear Colleague, I was extremely pleased to receive your kind letter and to learn of your beautiful experiments in which you have obtained electron interference by a method analogous to Fresnel's biprism. It was, of course, a great pleasure to see that you have obtained a new and particularly brilliant proof of the formula l= h/(mv), and I shall not fail to make known your experiments to my students. Thanking you most gratefully for your communication, I beg you to accept, Monsieur and dear colleague, the expression of my devoted sentiments, Louis de Broglie
Surely, you are joking Mr. Feynman We choose to examine a phenomenon which is impossible, absolutely impossible to explain in any classical way. In reality, it contains the only mystery. We cannot make the mystery go away by explaining how it works. We will just tell you how it works. We should say right away that you should not try to set up this experiment. This experiment has never been done before. The trouble is that the apparatus would have to be made on an impossibly small scale ... We are doing a thought experiment. (The Feynman Lectures on Physics)
Beating of electron waves E E V t E E+E Hubert Schmid, PhD thesis, Tuebingen 1985
E E =E/h energy spectrometer • interference contrast <1 < h/E • energy resolution E >h >h/E either interference or which way
entweder – oder ......... Elektronen sind Wellen • Elektronen, die interferieren, sind nicht unterscheidbar • Elektronen, die unterscheidbar sind, zeigen keine Interferenzerscheinung Elektronen sind Teilchen
Zeiss Lightmicroscopes Robert Koch's Microscope (1880) Lightmicroscope( 1960)
Abbe limit of microscopy Objects < /2 do not affect the wave resolution > /2
Electron Waves non-relativistic relativistic non-relativistic relativistic