¿Qué significa la difracción de electrones?

Toda la materia está gobernada por ecuaciones de onda. A menudo, a grandes escalas, las ecuaciones se simplifican y conducen a blobs bastante bien definidos. Dado que las incertidumbres de impulso y posición son recíprocas (incertidumbre de Heisenburg), las cosas más pesadas tienden a tener pocos errores de posición (a menos que sean extremadamente frías). Entonces, para que las cosas actúen como una ola en el espacio libre, buscamos cosas que no sean muy pesadas. Los electrones son las cosas abundantes más livianas que podemos extraer y controlar fácilmente, ya que responden a los campos eléctricos. De hecho, son muy ligeros, aproximadamente 2000 veces más livianos que un protón, que es la carga positiva más común. Los electrones son una parte muy pequeña de la masa de átomos, menos del 0,1% en general. Entonces, la cantidad de movimiento de un átomo es miles de veces más que la cantidad de movimiento en un electrón. De Heisenburg se deduce que la posición de un electrón una vez libre es miles de veces menos segura que un átomo. “Posición incierta” es otra forma de decir una ola !!!

¡Así que ahora estamos llegando a alguna parte! Tenemos algo que actúa muy parecido a la luz (el electrón libre es una onda que viaja en el espacio libre) pero al mismo tiempo puede ser controlado por campos eléctricos y detecta la gravedad. Esta es una colección notable de atributos que hacen que los electrones sean dispositivos maravillosos para todo tipo de cosas.

Por ejemplo, podemos hacer experimentos de hendidura donde liberamos electrones, los guiamos eléctricamente y los pasamos a través de agujeros en una placa de metal. Cuando lo hacemos, obtenemos patrones de energía que aparecen en picos y valles. Esto se llama difracción . Es algo que ves las ondas de agua cuando golpean un muelle, por ejemplo, las olas reflejadas se agrupan en picos y caen en los valles, cuanto más postes del muelle más profundos son los valles.

También podemos usar electrones para medir la gravedad con mucha precisión, ya que, a diferencia de los fotones, tienen una masa (en reposo), por lo que sienten que la gravedad se estira. (La luz solo siente la gravedad si la gravedad es tan poderosa que dobla el espacio, como en un agujero negro).

Los átomos y las partículas subatómicas tienen propiedades de onda. Entonces, como la luz, puede difractarse para formar patrones de difracción. Cuando los electrones se difractan de la superficie de un cristal o se transmiten a través de películas metálicas delgadas, el patrón de difracción resultante puede usarse para investigar la estructura del cristal.
Los átomos de helio también tienen propiedades ondulatorias. Entonces, cuando el helio difracta como la luz de la superficie de un material, forma patrones de difracción que pueden usarse para investigar la estructura de la superficie del material, a nivel atómico.