Teori Dualisme Partikel-Gelombang de Broglie

AhmadDahlan.NET – Kesimpulan Einsteins mengenai percobaan efek fotolistrik mengokohkan bahwa cahaya tidak hanya memiliki karakteristik sebagai gelombang tapi juga bisa sebagai partikel. Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan logam pada saat ditumbuk frekuensi ambang logam terjadi secara spontan namun tidak demikian jika frekuensinya lebih rendah dari frekuensi kerja.

Sekalipun penyinaran dilakukan dalam waktu yang lama, elektron tidak akan terlepas. Dengan demikian pada fenomena ini, cahaya tidak bersifat kontinu. Solusi yang ditawarkan Einsten adalah kuantisasi gelombang dalam bentuk quanta. Quanta cahaya ini selanjutnya disebut foton dan fenomena spontan ini dianalogikan dengan tumbukan. Dengan demikian cahaya dipandang memiliki momentum.

p = hν 

karena ν=1/λ, maka

\ p = \frac{h}{λ}

Hipotesa de Broglie

Hipotesis de Broglie membuat hipotesis yang menjadi komplemen dari sifat dualisme Gelombang-Partikel dimana ya menganggap bahwa semua partikel memiliki sifat sebagai partikel. Sifat Partikel sebagai gelombang ditinjau dari panjang gelombang yang dibentuk oleh gelombang yang berhubungan dengan sifat gelombang lainnya.

Berdasarkan persamaan momentum foton yang diajukan oleh Einstein, de Broglie mengajukan teori Partikel-Gelombang melalui hubungan antara Panjang gelombang (λ) dan memonetumnya yakni :

λ=\frac{h}{p}

dimana momentum, p = mv, maka

λ=\frac{h}{mv}

λ dalam persamaan ini disebut sebagai panjang gelombang de Broglie. Meskipun demikian tidak ada penjelsan detail dari de Broglie mengapa ia mengambil persamaan energi untuk menghubungkan dengan panjang gelombang pada teori dualisme partikel-gelombang.

Namun Energi yang dihubungkan bisa dalam bentuk Energi total, energi kinetik atau total energi relativistik. Pada foton, semua energi tersebut sama namun belum tentu untuk partikel kuantum yang lain.

Contoh Kasus

Jika semua partikel memiliki karakteristik sebagai gelombang menurut de Broglie, mengapa hal tersebut sulit diamati pada partikel dalam kehidupan sehari-hari?

Solusi

Kita misalkan saja sebuah bola Rugby (Amerika Football) dilempar dengan kecepatan 20 m/s ke arah mendatar. Jika massa bola adalah 500 gram maka panjang gelombang de broglie nya adalah :

λ=\frac{h}{mv}

λ=\frac{6,626× 10^{-34} Js}{0,5\ kg \ . \ 20 \ m/s} = 0,6626.10^{-34}\ m

perhatikan orde panjang gelombang de Broglie yang dibentuk adalah 0,6626 x 10^-34 m memiliki dimensi yang sangat kecil dan sulit diamati. Selain itu jika Bola ini ingin ditinjau dari sifatnya sebagai gelombang misalnya dapat terdifraksi maka ukuran celah yang sesuai dengan panjang gelombang sangat jauh lebih kecil dari ukuran fisik bola yakni sekitar 30 cm.

Implikasi Teori de Broglie

Implikasi dari teori Partikel-Gelombang de Broglie ini dibatasi oleh konstanta plank (h) dengan demikian benda-benda dengan ukuran macro tidak akan bisa diamati dalam bentuk gelombang. Panjang gelombang tersebut masih sangat kecil untuk diuji dalam peneltian, namun pada tingkat atom, partikel elementer dan kecepatan yang tinggi.

Meskipun tidak didsari dari eksperimen namun Hipotesa di Broglie ini menjadi landasan dalam banyak pengamatan Partikel-Gelombang. Implementasi paling paripurna dari teori ini adalah X-Ray Difarction atau XRD. Pada XRD, elektron dipercepat dan ditembakkan pada permukaan zat padat sehingga membentuk pola difraksi. Pola difraksi ini kemudian dianalisis hingga menghasilkan data jarak antar kisi dan bentuk kisi partikel.