Wat is golf-deeltjedualiteit in de quantumwereld?

Golf-deeltjedualiteit is een fundamenteel principe in de quantumwereld dat stelt dat deeltjes, zoals elektronen, zich onder bepaalde omstandigheden gedragen als golven, en golven, zoals licht, zich onder andere omstandigheden gedragen als deeltjes. Dit concept overstijgt de klassieke natuurkunde.

Een voorbeeld hiervan is het dubbele-spleetexperiment met elektronen. Wanneer elektronen één voor één op een dubbele spleet worden afgeschoten, komen ze op willekeurige plekken op een scherm terecht, wat duidt op hun deeltjeskarakter. Echter, als dit experiment met een groot aantal elektronen wordt herhaald, ontstaat er geleidelijk een interferentiepatroon op het scherm. Dit patroon is kenmerkend voor golven die elkaar versterken en uitdoven, en bewijst daarmee het golfkarakter van elektronen.

De golf-deeltjedualiteit komt ook expliciet naar voren in de De Broglie-golflengte van elektronen. De formule hiervoor is: $\lambda_b = \frac{1.226}{\sqrt{U}}$ Hierin is:

• $\lambda_b$ de golflengte van de elektronen, uitgedrukt in nanometers (nm).
• $U$ de versnelspanning in volt (V).

In deze formule zie je de dualiteit terug: $\lambda_b$ (golflengte) verwijst naar het golfkarakter van het elektron, terwijl $U$ (versnelspanning) verwijst naar het deeltjeskarakter, aangezien alleen geladen deeltjes door een spanning kunnen worden versneld. De golflengte is een eigenschap van een golf, terwijl spanning een eigenschap is die gerelateerd is aan de energie van een deeltje.

De waarde $1.226$ in de formule is geen op zichzelf staande fundamentele constante, maar een afgeleide constante. Deze constante is het resultaat van het combineren van verschillende fundamentele natuurconstanten die specifiek zijn voor elektronen en de manier waarop hun golflengte wordt berekend bij versnelling door een spanning. De $1.226$ is afgeleid uit de constante van Planck ($h$), de massa van een elektron ($m_e$), en de elementaire lading ($e$) van een elektron. Deze waarden zijn gecombineerd en omgerekend, zodat je direct de versnelspanning ($U$) in volt kunt invullen en de golflengte ($\lambda_b$) in nanometers krijgt.