Le onde della materia, chiamate anche onde di de Broglie, sono la natura ondulatoria di tutta la materia, inclusi gli atomi che compongono il tuo corpo. Una delle prime e più importanti scoperte della fisica quantistica è che gli elettroni hanno una doppia natura onda-particella. Divenne presto evidente che tutta la materia ha questa duplice natura, ma poiché la materia convenzionale ha un elevato momento rispetto agli elettroni, la lunghezza d’onda delle onde della materia è molto piccola e nella maggior parte dei casi appena percettibile. Ad esempio, la lunghezza d’onda della materia che costituisce una persona è dell’ordine di 10-35 metri, molto più piccola di quella che può essere osservata utilizzando le attuali tecnologie di misurazione.
Il concetto di onde di materia fu chiarito per la prima volta dal fisico francese Louis de Broglie, che stava estendendo le prime teorie proposte da Albert Einstein, Max Planck e Neils Bohr. Bohr studiò principalmente il comportamento quantistico degli atomi di idrogeno, mentre de Broglie cercò di estendere queste idee per determinare un’equazione di lunghezza d’onda per tutta la materia. De Broglie elaborò una teoria e la presentò nella sua tesi di dottorato del 1924, per la quale fu insignito del Premio Nobel per la Fisica nel 1929. Questo fu il primo caso in cui fu assegnato il Premio Nobel per una tesi di dottorato.
Le equazioni note come relazioni di de Broglie descrivono la natura duale onda-particella di tutta la materia. Queste relazioni affermano che la lunghezza d’onda di una particella è inversamente proporzionale alla sua quantità di moto (massa per velocità) e la sua frequenza è proporzionale alla sua energia cinetica, che è un valore (relativo) dipendente dal fotogramma. Pertanto, le particelle a basso impulso, come gli elettroni a temperatura ambiente, hanno una lunghezza d’onda di de Broglie di circa 8 nanometri. Le particelle con un momento ancora più basso, come gli atomi di elio a temperature di pochi nanoKelvin, potrebbero avere onde di materia con lunghezze d’onda lunghe fino a pochi micron. In condizioni così insolite, le realtà del mondo quantistico sono quasi portate in un regno su macroscala.
Le teorie di De Broglie sulle onde di materia furono confermate nel 1927, quando gli scienziati dei Bell Labs Lester Germer e Clinton Davisson spararono elettroni lenti su un bersaglio di nichel cristallino. Il modello di diffrazione risultante ha dimostrato le caratteristiche ondulatorie degli elettroni, simili a quelle note per essere visualizzate dai fotoni come quelli dei raggi X. Le onde di materia potevano essere osservate solo in questo caso perché gli elettroni usati per produrle avevano un momento molto basso. Dal 1927, la natura ondulatoria di varie altre particelle elementari è stata dimostrata empiricamente.