물질파(物質波, matter wave) 또는 드브로이파(de Broglie wave)는 양자역학에서 물질의 파동을 말한다. 드브로이 관계에 의하면 파장은 입자의 운동량에 반비례하고 진동수는 입자의 운동에너지에 비례한다. 물질의 파장은 드브로이 파장이라고도 한다. 이 이론은 1924년에 드브로이에 의해 발전되었고, 이로 인해 1929년에 노벨물리학상을 수상하였다.
역사적 배경
막스 플랑크 (1858-1947)와 알베르트 아인슈타인 (1879-1955) 이후, 닐스 보어(1885-1962)에 의해 전자가 어떻게 운동하는지에 대해 설명하려는 연구가 시작되었다. 보어의 방정식은 수소가스가 압축되고 대전됐을 때 방출되는 빛(네온 사인과 비슷하나, 여기서는 네온이 아닌 수소이다)의 에너지를 설명해준다. 불행하게도, 그의 모델은 수소원자에서만 적용되었다. 하지만 그의 아이디어는 매우 혁명적이어서 양자물리와 양자역학에서 전자의 움직임에 대한 고전적인 관점에서 벗어나 새롭고 신선한 아이디어를 얻는 바탕이 되었다.
루이 드브로이(1892-1987)는 보어의 아이디어를 설명하려고 노력했고, 수소 이외에도 이론을 적용할 수 있게 되었다. 사실 그가 찾은 방정식은 모든 물질의 파동성을 설명할 수 있는 것이었다. 그의 방정식은 1927년에 데이비슨-거머 실험에 의해 증명되었다. 니켈결정체로 발사된 전자들이 이론치와 일치하는 회절무늬를 만들어낸 것이다. 드브로이의 방정식에서 전자의 파장은 플랑크 상수 (6.626×10−34 J‧s)를 전자의 운동량으로 나눈 것이다. 인간과 같은 일상적인 물체의 경우에는 플랑크상수에 비해 운동량이 매우 커서 물체의 파장은 매우 작게 나타난다. 매우 작은 플랑크상수를 매우 큰 운동량으로 나누기 때문에 일상적인 물체의 파장은 현재의 관측 장비로 측정할 수 없을 만큼 굉장히 작아진다. (10−35m 단위. 혹은 그보다 더 작다.) 반면에 전자와 같은 많은 소립자들은 거시적인 물체에 비해 매우 작은 운동량을 갖는다. 이 경우에 드브로이 파장은 입자들이 파동처럼 작용하는 것을 관측할 수 있을 만큼 충분히 커지게 된다.
작은 운동량을 지닌 입자들의 파동성은 빛과 매우 흡사하다. 예를 들어, 전자현미경은 매우 작은 물체를 보기 위해 빛 대신 전자를 이용한다. 일반적으로 전자가 광자보다 운동량이 크기 때문에 그들의 드브로이 파장은 작아지고 높은 분해능을 갖게 된다.
(위키피디아) 광전효과 ...[2023-11-16]
