نسخة الفيديو النصية
حزمة إلكترونات لها الطول الموجي نفسه 𝜆. تحيد الحزمة بواسطة شبكة بلورية منتظمة. بعد خروج الإلكترونات من البلورة، ما الفرق بين المسافة التي تقطعها الإلكترونات التي تصل إلى النقطة I، والمسافة التي تقطعها الإلكترونات التي تصل إلى النقطة II؟ (أ) 𝜆، (ب) اثنان 𝜆، (ج) 𝜆 على اثنين.
يوضح الشكل حزمة إلكترونات ساقطة على بلورة. تشتت البلورة الإلكترونات الساقطة؛ مما يتسبب في حيودها ثم تداخلها بعضها مع بعض لتكوين توزيع الشدة هذا على الشاشة في اليمين. توجد نقطتان موضحتان على الشاشة، وهما النقطة I والنقطة II. تتبع الإلكترونات التي تصل إلى النقطة I هذا المسار، وتتبع الإلكترونات التي تصل إلى النقطة II هذا المسار. نريد معرفة الفرق بين طولي هذين المسارين. يمكن مساعدتنا في معرفة ذلك عن طريق ملاحظة أن توزيع الشدة له قيمة عظمى عند النقطة II، وقيمة صغرى عند النقطة I. وهذه القيمة الصغرى للشدة هي ما يظهر على شكل هدبة مظلمة على الشاشة.
إن الإلكترونات الموجودة في حزمة الإلكترونات، وكذلك الإلكترونات التي تمر من البلورة لها الطول الموجي نفسه. ومن ثم يمكننا التفكير في هذه الإلكترونات باعتبارها موجات. وبما أنها موجات، فهذا يعني أنها تتداخل بعضها مع بعض. يختلف نوع تداخل الموجات الذي يحدث لتكوين هدبة مظلمة عند النقطة I عن نوع التداخل الذي يحدث لتكوين هدبة مضيئة عند النقطة II. تشير الهدبة المضيئة على الشاشة إلى تداخل الموجات القادمة من البلورة عند هذه النقطة تداخلًا بناء. وفي المقابل، تشير الهدبة المظلمة، مثل التي لدينا عند النقطة I، إلى تداخل الموجات عند هذه النقطة تداخلًا هدامًا.
نحن نعلم أن هناك في الواقع العديد من الموجات القادمة من البلورة التي يتداخل بعضها مع بعض لتكوين توزيع الشدة. ولكن للتبسيط، دعونا نتخيل أن هناك موجتين فقط تتداخلان معًا لتكوين سلسلة متناوبة من الهدب المضيئة والمظلمة على الشاشة. في موضعهما الحالي، هاتان الموجتان متفقتان في الطور. وهذا يعني أن قمم الموجتين متحاذية، وكذلك قيعانهما. يمكننا القول إن لهما علاقة طور ثابتة تساوي صفرًا. عندما تتحاذى الموجتان بهذا الشكل وتتداخلان، تنتج موجة ذات سعة أكبر من أي من الموجتين المكونة لها. يعرف ذلك باسم التداخل البناء. وعندما يحدث ذلك، فإنه يكون هدبة مضيئة في توزيع الشدة. وكما رأينا، يناظر ذلك نمط التداخل عند النقطة II.
إن تكوين نوع مختلف من نمط التداخل أمر بسيط، كأن نزيح إحدى الموجتين بالنسبة إلى الأخرى. فإذا أردنا أن تتداخل الموجة الزرقاء والموجة البرتقالية تداخلًا هدامًا، يمكننا فعل ذلك بإزاحة الموجة البرتقالية بحيث يتحاذى قاع هذه الموجة مع قمة الموجة الزرقاء. ستتداخل الموجتان لتكوين موجة ذات سعة صفرية. هذا تداخل هدام، وهو المسئول عن تكوين الهدبة المظلمة التي نراها عند النقطة I على الشاشة. إذن، لكي ننتقل من التداخل البناء إلى التداخل الهدام، أزحنا إحدى الموجتين بالنسبة إلى الأخرى مسافة خطية مقدارها 𝜆 على اثنين.
لاحظ أننا إذا ضاعفنا مسافة الإزاحة هذه إلى طول موجي كامل 𝜆، فسيجعل ذلك قمم الموجتين الزرقاء والبرتقالية تتحاذى مرة أخرى. وهذا سيعطينا تداخلًا بناء نعلم أن الهدبة المظلمة لا تمثله عند النقطة I. إذن، للانتقال من هدبة مضيئة إلى هدبة مظلمة، كما هو الحال عند الانتقال من النقطة II إلى النقطة I في توزيع الشدة، يجب أن تزاح إحدى الموجتين المتداخلتين بالنسبة إلى الأخرى مسافة مقدارها 𝜆 على اثنين. لاحظ أنه إذا أزيحت هاتان الموجتان مسافة مقدارها ثلاثة 𝜆 على اثنين أو خمسة 𝜆 على اثنين مثلًا، فستنتقلان من هدبة مضيئة إلى هدبة مظلمة. لكن هاتين الهدبتين لن تكونا متجاورتين مثل النقطتين الأولى والثانية على الشكل الموضح.
إذن، نحن قادرون الآن على تحديد الإجابة النهائية. الفرق بين المسافة التي تقطعها الإلكترونات التي تصل إلى النقطة I، والمسافة التي تقطعها الإلكترونات التي تصل إلى النقطة II هو نصف الطول الموجي للإلكترونات. وهذا هو الخيار (ج).
