Diffraktio

Vasemmalta tulevan leveän aaltorintaman (tasoaallon) muoto muuttuu eli se diffraktoituu kahdeksi pallomaiseksi aaltolähteeksi kun se osuu kaksi rakoa sisältävään levyyn. Levyn oikealla puolella diffraktoituneet pallomaiset aaltorintamat menevät päällekkäin, jolloin ne paikoitellen joko vahvistavat (keltaiset/punaiset ja siniset alueet) tai heikentävät toisiaan (vihreät alueet) eli interferoivat keskenään. Jos raot olisivat paljon leveämpiä, ei aaltorintaman muoto muuttuisi yhtä voimakkaasti leveästä pallomaiseksi.

Diffraktio on ilmiö, jossa aallon muoto muuttuu, kun sen kulkuun on vaikuttanut jokin kappale, esimerkiksi rako tai kide. Aalto "taipuu". Vaikka etenevä aalto muuttaa muotoaan aina kohdatessaan tiellään esteen, vaikutukset ovat selvimpiä esteen koon ja aallonpituuden ollessa samaa luokkaa.[1]

Aalto voi olla mekaaninen kuten ääniaalto tai aalto veden pinnalla, hiukkanen kuten elektroni tai fotoneista koostuvaa sähkömagneettista säteilyä kuten radioaalto, infrapunasäteily, näkyvä valo tai röntgensäteily.[1]

Yhden tai useamman aukon tai esteen diffraktoima aalto "hajoaa". Hajonneet osat voivat vahvistaa tai heikentää toisiaan paikoitellen: tätä kutsutaan interferenssiksi, joka on diffraktioon usein läheisesti liittyvä ilmiö. Vahvistavaa vaikutusta saatetaan kutsua konstruktiiviseksi tai rakentavaksi. Heikentävää vaikutusta kutsutaan destruktiiviseksi tai hajottavaksi.[2] Jos aalloilla on sama vaihe-ero, ne etenevät samaan suuntaan, niillä on sama aaltomuoto ja niillä on sama taajuus, eivätkä nämä ominaisuudet muutu, niitä kutsutaan koherenteiksi. Vain koherentit aallot voivat muodostaa interferenssikuvion, jota kutsutaan myös diffraktiokuvioksi. Kuvion voimakkaimpia kohtia kutsutaan usein maksimeiksi ja heikoimpia kohtia minimeiksi.

Valokuva laserin interferenssikuviosta varjostimella sen kulkiessa kahden hyvin kapean raon lävitse. Maksimit näkyvät valotäplinä ja minimit ovat valottomia kohtia näiden välissä.

Diffraktio on ilmeistä esimerkiksi vedellä, mutta tätä tapahtuu myös valolla. Parhaiten se on kenties havaittavissa jos koherentilla ja siten yksivärisellä eli vain yhtä aallonpituutta lähettävällä eli monokromaattisella valonlähteellä, kuten laserilla valaistaan levyä, jossa on kaksi hyvin lähellä toisiaan olevaa ja kyllin kapeaa vierekkäistä rakoa. Tällöin muodostuu kyllin kaukana levyn takana olevaan varjostimeen useita rivissä ja toisistaan tasaisin välimatkoin olevia valoviiruja tai -täpliä sisältävä interferenssikuvio. Varjostimeen ei siis muodostu kahta viirua/täplää toisin kuin joku saattaisi olettaa vaikka valon havaitaan etenevän arkielämässä sädemäisen suoraan kuin se koostuisi vain hiukkasmaisen luonteen omaavista osasista. Tämänkaltainen interferenssikuvion aikaansaava koe tunnetaan muun muassa Youngin kaksoisrakokokeena tai kaksoisrakokokeena. Valo siis diffraktoi ja interferoi itsensä kanssa, eli sillä on aaltomaista luonnetta.[2]

Diffraktiota tapahtuu myös aineella eli materialla, jolla on lepomassa toisin kuin massattomilla fotoneilla: interferenssikuvio on saatu kokeellisesti aikaan muun muassa elektroneilla[3][4] yksittäisillä atomeilla[2] ja jopa 810 atomin molekyyleillä, joiden massa oli yli 10 000 daltonia.[5][6] Kaikella aineella on siis aaltomaista luonnetta ja siten myös aallonpituus, joka voidaan laskea de Broglien yhtälöllä. Siksi myös aine voi muodostaa interferenssikuvioita.[2]

Hiukkasten, kuten elektronien ja neutronien, diffraktion katsotaan olevan todiste kvanttimekaniikan paikkansapitävyydestä. Hiukkasia voidaan siis kuvata todennäköisyysaalloilla (katso aaltofunktio), mikä on osoitus aineen aalto- ja hiukkasluonteesta.

Hiukkasten diffraktiota aineesta voidaan käyttää tutkimaan ainetta esimerkiksi elektronidiffraktion ja neutronidiffraktion avulla. Röntgendiffraktiomenetelmää käytetään yleisesti kiteisten aineiden kuten mineraalien tunnistamiseen, jolloin hyödynnetään Braggin lakia.

Muilla kielillä
العربية: حيود
azərbaycanca: Difraksiya
Bahasa Indonesia: Difraksi
বাংলা: অপবর্তন
Basa Sunda: Difraksi
беларуская: Дыфракцыя
български: Дифракция
català: Difracció
čeština: Difrakce
chiShona: Bvurunuro
Cymraeg: Diffreithiant
Ελληνικά: Περίθλαση
English: Diffraction
Esperanto: Difrakto
فارسی: پراش
français: Diffraction
Gaeilge: Díraonadh
galego: Difracción
한국어: 회절
հայերեն: Դիֆրակցիա
हिन्दी: विवर्तन
hrvatski: Ogib
italiano: Diffrazione
עברית: עקיפה
қазақша: Дифракция
Кыргызча: Дифракция
Kreyòl ayisyen: Difraksyon
latviešu: Difrakcija
lietuvių: Difrakcija
magyar: Diffrakció
മലയാളം: വിഭംഗനം
मराठी: विवर्तन
монгол: Дифракц
Nederlands: Diffractie
日本語: 回折
norsk nynorsk: Diffraksjon
oʻzbekcha/ўзбекча: Difraksiya
ਪੰਜਾਬੀ: ਵਿਵਰਤਨ
Piemontèis: Difrassion
polski: Dyfrakcja
português: Difração
română: Difracție
русский: Дифракция
sicilianu: Diffrazzioni
සිංහල: විවර්තනය
Simple English: Diffraction
slovenčina: Difrakcia
slovenščina: Uklon
српски / srpski: Дифракција
srpskohrvatski / српскохрватски: Difrakcija
svenska: Diffraktion
తెలుగు: వివర్తనం
Tiếng Việt: Nhiễu xạ
Türkçe: Kırınım
українська: Дифракція
吴语: 衍射
中文: 衍射