Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
![](/pic/spacer.gif)
![](/pic/spacer.gif)
внешнего магнитного поля. За нуль отсчета выбран "центр тяжести" этих
состояний */s (2Е_|_ + В_). По горизонтальной оси отложено значение
магнитного поля в единицах 2 (В^.- Е_)/ЗЦ0=52Н Гс, где \i0-eh/mc -
магнетон Бора [Phys. Rev., 79 (1950),
стр. 559, рис. 12]
точно измерять поле (это стандартная операция) и знать закон изменения
расщепления уровней. Здесь нет необходимости подробно излагать теорию
эффекта Зеемана. Для атома водорода можно произвести все вычисления; в
результате получается картина уровней, изображенная
140
на рис. 7.2. Соответствующие частоты перехода с учетом правила отбора Дщ
= ±1, А/ = ±1, 0 указаны на
Рис. 7 3. Зависимость от магнитного поля резонансных частот, ожи* Даемых
на основании теории Дирака для переходов между состояниями водорода с /1
= 2.
Пары букв обозначают переходы между соответствующими состояниями,
обозначенными так же, как на рис. 7 2 [Phys, Rev., 79 (1950), стр 560,
рис. 131
рис. 7.3, причем соотношения, связывающие частоты с величиной поля,
просты и их нетрудно получить.
Ситуация осложняется двумя дополнительными эффектами. Один из них состоит
в том, что из-за сдвига 22Sy-уровня, который, как было обнаружено,
действительно существует, уровни ос и р на рис. 7.2 должны быть
141
сдвинуты вверх на величину, равную 0,137 (в единицах У). В результате
уровни (3 и е при полях порядка 540 Гс пересекаются. Тогда любое малое
электрическое поле вызовет штарковское перемешивание этих двух состояний
и нарушит метастабильность |3-состояния. Поскольку частицы двигаются
перпендикулярно магнитному полю, на них фактически действует
электрическое поле <% - - {v/c)H\ при Я = 540 Гс и о = 8-105 см/с имеем
со = 4,3 В/см. При критическом значении поля это дает время жизни
состояния р, равное 4,3-10~8 с. Более того; "описанная выше ситуация
имеет место не только при Я = 540 Гс, когда уровни р и е пересекаются, но
распространяется на целый интервал значений напряженности поля. На
установке, описанной ниже, не удалось наблюдать переходы рЬ, рс, РЯ, Ре,
р/...
Штарковское перемешивание, обусловленное движением атомов в магнитном
поле, происходит также и при пересечении уровней а и с, т. е. если
допустить сдвиг при Я = 4700 Гс. Эта область значительно шире, чем при
пересечении ре, и число метастабильных атомов в пучке заметно уменьшается
из-за высвечивания при полях выше 3000 Гс".
Второй эффект состоит во взаимодействии между электроном и магнитным
моментом ядра, что приводит к дальнейшему расщеплению уровней, каждый из
уровней, показанных на рис. 7.2, расщепляется на два Это расщепление,
однако, мало: оно не превосходит 88 МГц. Ожидаемые резонансы, вызываемые
переходом метастабильных атомов в P-состояние, не являются бесконечно
узкими, а имеют естественную ширину, поскольку быстрота перехода 1/ts при
совпадении частоты со с резонансной частотой соо конечна и
пропорциональна [(to - coo)2 + (V2Y)2]-1. где "?= 1/хр. Это дает
колоколообразную кривую с шириной порядка у/2п - 99,8 МГц. Таким образом,
эффект сверхтонкого взаимодействия не будет • превышать ширину этой линии
и приведет
1 В более общем случае каждый атомный уровень расщепляется на ряд
компонент, число которых равно наименьшему из чисел 2/+ 1 или 2/ + 1, где
/ - спин ядра (для водорода / = '/г). Это расщепление и приводит к
сверхтонкой структуре оптических спектров (см. гл. 6).
142
лишь к ее дополнительному уширению, особенно в области пика.
Первоначальная установка была "настолько простой, насколько это позволяли
поставленные цели: одновременное создание и детектирование пучка
метастабильных атомов. Хотя оба эти процесса теоретически были возможны,
практическая их реализация не была доказана. Источник и детектор
помещались внутри стеклянных колб, соединенных стеклянной трубкой V2
дюйма диаметром и 6 дюймов длиной. Магнитные поля могли создаваться в
области источника, детектора и между ними... Считалось, что впоследствии
соединительная трубка может пройти вдоль широкой стенки волновода 3 см-
диапазона.
Метод прямого возбуждения молекул электронной бомбардировкой был избран,
как, по-видимому, простейший способ создания метастабильных атомов
водорода... Метод детектирования основывался на эмиссии электронов... К
сожалению, при бомбардировке молекул водорода электронами возникло
множество эффектов... При этом не удавалось убедиться в наличии
метастабильных атомов".
Однако исследователи все же смогли установить, что атомы водорода
возникают и достигают детектора. Это было обнаружено благодаря покрытию
пластины детектора слоем порошка окиси молибдена желтого цвета, который
под действием атомарного водорода становился синим. Исследователи сделали
вывод, что "избранный метод возбуждения не столь хорош, как это
ожидалось", тем не менее программа в целом была достаточно обещающей,
поэтому имело смысл продолжать исследования. "Оказалось, что
двухступенчатый метод - сначала диссоциировать молекулы, а уже затем
![](/pic/spacer.gif)
![](/pic/spacer.gif)
![](./design/pic/spacer.gif)
![](/pic/wildcat.gif)