Здание лабораторий Белла (Bell Laboratories Building),
легендарный центр исследований и разработок в США и за их пределами,
был запущен в 1920-х годах. «Его корни лежат в объединении
нескольких инженерных отделов компании American Telephone &
Telegraph (AT&T) и компании Western Electric, производственной
организации Bell System. Перед этими отделами стояла задача
преодолеть повседневные инженерные проблемы. Однако по мере того,
как в 1920-х годах были развернуты значительные части этой сети и
зародился телефонный бизнес, внимание все больше переключалось на
изучение фундаментальных областей науки, которые, вероятно, будут
определять будущее отрасли. около 4000 из этих ученых и инженеров
были направлены в недавно созданную компанию Bell Telephone
Laboratories, Inc. в 1925 году и должны были полностью посвятить
себя таким исследованиям». 1 Первоначально лаборатории располагались
в Вест-Виллидж на Манхэттене, в Нью-Йорке. .
Клинтон
Дэвиссон, чей доктор философии. был из Принстонского университета,
был одним из первых сотрудников Bell Labs. Очарованный развитием
квантовой механики, он внимательно следил за открытиями, сделанными
в этой области. В частности, Дэвиссона вдохновили работы Луи де
Бройля, французского физика, который в 1923 году, обнаружив, что
свет обладает некоторыми свойствами обычных частиц, просто
предположил: «Если свет может быть частицей, то почему он не может
быть частицей?» частица может быть волной? де Бройль построил
теорию, распространившую результаты на все частицы. Гипотеза де
Бройля подразумевала, что волновое поведение является универсальным
свойством материи.
В 1925 году Дэвиссон и его партнер из Bell
Labs Лестер Гермер начали серию экспериментов, которые в течение
двух лет должны были подтвердить гипотезу де Бройля о волновой
природе материи. В знак признания этого важного открытия APS
отметила место проведения эксперимента в рамках своей Инициативы по
историческим местам. В мае 2011 года Курт Каллан, президент APS,
вручил Чон Киму, президенту Alcatel-Lucent Bell Labs, мемориальную
доску, на которой было написано: «На этом месте, где первоначально
располагались Bell Telephone Laboratories, Си Джей Дэвиссон и Л. Х.
Гермер в 1927 году выступали первая прямая демонстрация волнового
поведения элементарных частиц, предсказанная Л. де Бройлем в 1923 г.
Эксперимент Дэвиссона-Гермера предоставил решающие эмпирические
доказательства справедливости тогда быстро развивавшейся теории
квантовой механики. многие важные научные и технологические открытия
были сделаны в одной и той же лаборатории».
Гипотеза де
Бройля заключалась в том, что существует простая связь между
скоростью частицы и длиной волны, связанной с этой частицей: чем
больше скорость частицы, тем короче длина волны. Таким образом, если
известна скорость частицы, то можно по формуле де Бройля вычислить
длину волны, а если известна длина волны, то можно вычислить
скорость частицы.
Вдохновленные этой работой, Дэвиссон и
Гермер спроектировали и построили вакуумный аппарат с целью
измерения энергии электронов, рассеянных от поверхности металла.
Электроны от нагретой нити ускорялись напряжением и позволяли
ударяться о поверхность металлического никеля. "2
«Луч
электронов был направлен на никелевую мишень, которую можно было
вращать, чтобы наблюдать угловую зависимость рассеянных электронов.
Их детектор электронов (называемый ящиком Фарадея) устанавливался на
дуге так, чтобы его можно было вращать для наблюдения электронов под
разными углами. Для них было большим сюрпризом обнаружить, что под
определенными углами наблюдается пик интенсивности рассеянного
электронного пучка. Этот пик указывает на волновое поведение
электронов и может быть интерпретирован с помощью закона Брэгга,
чтобы дать значения для шага решетки в кристалле никеля».3
Эксперимент показал, что электроны ведут себя как волны,
демонстрируя дифракционную картину, когда они рассеиваются на
кристаллической структуре никелевой мишени. Это был 1927 год, в
комнате 7B лаборатории Белла, и Дэвиссон и Гермер только что
доказали один из основных принципов квантовой механики.
За
свое участие в этом открытии Дэвиссон получил Нобелевскую премию по
физике в 1937 году за «экспериментальное открытие дифракции
электронов на кристаллах». Он поделился этим с британским физиком
Джорджем Пейджетом Томсоном, который открыл то же явление, но с
другой экспериментальной установкой. Дэвиссон продолжил свои
исследования, в которых, помимо других достижений, он внес
непосредственный вклад в развитие электронного микроскопа.
Сегодня наследие динамичного дуэта Дэвиссона и Гермера продолжает
жить. Премия А. П. С. Дэвиссона-Гермера в области атомной или
поверхностной физики присуждается поочередно в области физики
конденсированного состояния, а также атомной, молекулярной и
оптической физики. Она была основана в 1965 году AT&T Bell
Laboratories при дополнительной поддержке Chope Family Trust.
Конечно, инновации, исходившие от Bell Labs, продолжались и
процветали, в том числе и другие, которые были отмечены
мемориальными досками APS в исторических местах. В 1970 году Bell
Labs переехала в свое более крупное нынешнее место в Нью-Джерси, а
территория Bell Labs в Вест-Виллидж была преобразована в резиденцию
художников Вестбет. Никто точно не знает, где в резиденции находится
старая комната 7B, но Каллан пообещал: «Когда мы выясним, где в
Вестбете это было, мы тоже поставим там мемориальную доску».