柯林頓·戴維孫

柯林頓·戴維孫

柯林頓•約瑟夫•戴維孫(ClintonJosephDavisson,1881年10月22日-1958年2月1日),美國物理學家,電子衍射的實驗發現者之一,曾在貝爾實驗室工作。他與雷斯特•革末在戴維森-革末實驗裡共同合作發現電子衍射現象,同時,喬治•湯姆孫也獨立發現電子衍射現象。因此,戴維森和喬治•湯姆孫於1937年一起榮獲諾貝爾物理學獎。月球的戴維森隕石坑 (Davisson Crater) 是因他而命名。

基本信息

基本資料

英文名:ClintonDavisson
中譯名:柯林頓·戴維遜
出生日期:1881年10月22日
出生地:布盧明頓,伊利諾州,美國
逝世時間:1958年2月1日
逝世地點:夏律第鎮,維吉尼亞州,美國
國籍:美國
任職:普林斯頓大學;卡內基理工學院;貝爾實驗室
母校:芝加哥大學;普林斯頓大學
博士導師:歐文·理查森
博士學生:雷斯特·革末
主要成就:電子衍射
所獲獎項:康斯托克獎金(1928);克雷森獎章(1931);諾貝爾物理學獎(1937年)

人物簡介

柯林頓·戴維孫柯林頓·戴維孫
電子衍射的實驗發現者之一。1881年10月22日出生於伊利諾斯州的布盧明頓,1958年2月1日維吉尼亞州夏洛茨維爾逝世,卒年77歲。父親約瑟夫是一位畫家,母親是個教師。1902年,由布盧明頓高中畢業後,由於密立根的影響而進入芝加哥大學。第二年輟學,暫時到柏圖大學擔任助教。1905年,他轉到普林斯頓大學擔負部分教學工作,並在歐文·里查遜(O·RiChardson)、詹姆斯·瓊斯(J·Jeans)和亞當斯(E·P·Adams)指導下學習物理。1908年,在芝加哥大學取得埋學士學位,1911年以題為《鹼士金屬鹽類正離子的熱發射》的學位論文取得普林斯頓大學的哲學博士學位。1911年8月他與里查遜的妹妹夏洛特·薩拉·里查遜結婚,同年夏天,卡內基理工學院任命他為物理學助理教授。1917年戰爭時期他離開卡內基理工學院,到西部電力公司實驗室(現在是貝爾電話實驗室)的工程系統,參加一項軍用電通訊的設計。戰後他留在西部電力公司實驗室工作。1925年以後他成為貝爾電話實驗室的物理學家。在這裡,他得到了能以全部時間用於基礎研究的保證。

研究領域

在西部電力公司,戴維孫的研究內容主要涉及兩個不同領域:熱離子學和金屬在電子轟擊下的電子發射。在熱離於學中,他的最重要的實驗之一是,關於金屬功函式的測量。測量的結果認為,金屬中的傳導電子幾乎沒有正常的熱能。戴維遜對次級電於發射的興趣始於1919年他與康斯曼(C·H·Kunsman)一起所作的實驗,他們偶然地發現鎳晶體在電子轟擊下發射的一些次級電子跟初級電子具有相同的能量,於是對這些次級電子的角分布進行測量,結果發現它有兩個最大的值。1920年,他們用不同的金屬重複這些實驗,並且想從理論上解釋這些實驗,但是沒有得到預期的結果。1925年4月,對電子散射的研究進入了一個新的局面。當時,他的靶被一個液體——空氣瓶的偶然爆炸強烈地氧化了,於是他用延長加熱來使靶得到清淨,隨即發現次級電子的角分布完全改變,顯示出強烈地依賴於晶體的取向,他認為從這種改變到重結晶是由於加熱所致。因為在偶然爆炸之前,靶是包含許多小晶體的,加熱後才使它們轉變為幾個大晶體。
1926年夏天,出席了在牛津大學召開的不列顛協會的科學進展會議。在那裡,他同玻恩、弗蘭克以及其他人討論了他的電子散射的研究。首先,他詳細地聽取了關於電子具有波動性的德布羅意假設,認識到電子的波長可表示為且:λ=h/mv,其中h是普朗克常數,m是電子的質量,v是電子的速率。通過牛津大學會議的討論使戴維遜相信他的實驗結果是由於晶格的電子衍射造成的,這就證實了德布羅意的假設,所以戴維孫對電子束衍射所作的真正有價值的探討是從牛津會議開始的。翌年初,戴維孫與革謀(Germer)一起,進行鎳單晶的電子衍射實驗,從實驗中所得到的數據表明,德布羅意公式入=h/mv在測量準確度範圍內是正確的。同年3月,他們便提出了一個研究結果的初步摘要,不久又提出全文報告,第一次確定了運動電子的波動性,跟德布羅意的理論相一致。

戴維森-革末實驗

戴維森-革末實驗是柯林頓·戴維森與雷斯特·革末設計與研究成功的一個量子力學實驗。他們用低速電子入射於鎳晶體,取得電子的衍射圖案。發表於1927年,這實驗為德布羅意假說(所有物質都具有波的性質,即波粒二象性),提供了不可否定的證據。因此,戴維森獲得了諾貝爾物理學獎。在量子力學的發展史上,這實驗證實了其正確性,使得那時剛創立的量子力學,獲得了物理學家的廣泛接受。
當波動入射於一條細縫或光柵時,會出現一種特徵效應,稱為衍射。這與波動運動本身的意義有密切關係。在十九世紀,光波和液體表面的漣漪,這些現像的衍射物理行為就已經建立地相當完備。於1927年,戴維森和革末在貝爾實驗室工作的時候,他們做的一個實驗顯示出,電子被衍射於鎳晶體的表面。這實驗確認了量子力學的一個關鍵思想,德布羅伊假說,物質擁有波動屬性。特別地,他們的衍射觀察促成了首次成功的電子波長的測量。結果完全符合德布羅伊方程的預測:λ=h/p,其中,λ是波長,h是普朗克常數,p是電子的動量。

諾貝爾獎

G·P·湯姆遜也在英國進行了與戴維孫相類似的實驗。他們兩人在大致相同的時間裡,採用了極不相同的步驟進行實驗,然而他們的實驗結論卻是相同的。由於他們的實驗發現了電子通過晶體的衍射,所以1937年度諾貝爾物理學獎金授予戴維孫與G·P·湯姆遜兩人。
1930年,戴維孫繼續進行電子波的研究,特別是對晶體物理學和電子顯微鏡套用的研究,並發展了電子聚焦技術。1946年他離開貝爾電話實驗室,轉到維吉尼亞大學任客座物理學教授,1954年退休。
戴維遜也是美國國立科學院院士、美國藝術與科學學院研究員和美國哲學學會會員。他除了獲得諾貝爾獎金外,還於1931年獲得富蘭克林研究所授予的克雷森獎章和1928年美國國立科學院授予的康斯托克獎金,英國皇家學會也於1935年授予他休斯獎章。

其他榮譽

戴維遜也是美國國立科學院院士、美國藝術與科學學院研究員和美國哲學學會會員。他除了獲得諾貝爾獎金外,還於1931年獲得富蘭克林研究所授予的克雷森獎章和1928年美國國立科學院授予的康斯托克獎金,英國皇家學會也於1935年授予他休斯獎章。

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