Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Абрамов А.И. -> "Измерение неизмеримого" -> 55

Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.

Абрамов А.И. Измерение неизмеримого — M.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 c.
Скачать (прямая ссылка): izmerenieneizmerimogo1986.djvu
Предыдущая << 1 .. 49 50 51 52 53 54 < 55 > 56 57 58 59 60 61 .. 76 >> Следующая

линии "размываются" (сплошные кривые на рис. 41). Штриховкой отмечена область перекрывания линий; отношение ее площади к площади под одной из сплошных кривых равно доли 7-квантов, которые могут испытать резонансное рассеяние.
Вот именно это явление и исследовал Мёссбауэр. Для проверки правильности сделанных предположений он решил сильно охладить источник и рассеиватель. При этом тепловое движение атомов, а стало быть, и эффект Доплера должны были уменьшиться, а число резонансно рассеянных 7-квантов сократиться. Однако все произошло как раз наоборот: при охлаждении вероятность резонансного рассеяния возрастала и к тому же весьма значительно! Для объяснения этого эффекта Мёссбауэр предположил, что при охлаждении вещества его атомы как бы "вмерзают" в кристаллическую решетку, жестко связываясь с соседними атомами (механизм такого "вмерзания" имеет чисто квантовую природу, и здесь мы его детально рассматривать не будем). При испускании 7-кванта таким "вмерзшим" ядром отдачу испытывает весь кристалл, а так как энергия отдачи обратно пропорциональна массе тела, потеря энергии при этом совершенно незначительна — 7-квант испускается практически без отдачи. Аналогично происходит и поглощение 7-кванта "вмерзшим" ядром. А это означает, что линии испускания и поглощения оказываются тождественными (обе они изображаются кривой 1 на рис. 41) и вероятность резонансного рассеяния резко возрастает.
148
Рис. 42. Схема опыта Мессбауэра:
И - источник фотонов; П - поглотитель; Д - детектор; Jf1 и K2 -криостаты, в которых поддерживается температура 88 К (-1850C)
Правильность своего предположения Мёссбауэр доказал вторым опытом, в котором источник излучения двигался относительно рассеивателя (рис. 42). Он выяснил, что при скорости движения источника всего лишь 2—3 см/с в силу того же эффекта Доплера резонансное рассеяние полностью исчезает. Нетрудно подсчитать, насколько изменяется энергия 7-кванта при движении источника с такой скоростью. Оказалось, что как раз на 5-Ю"6 эВ! Таким образом, в опыте Мессбауэра впервые была непосредственно измерена ширина энергетического уровня ядра и был определен разброс энергий 7-кван-тов, который составляет всего 5-Ю"6 эВ при энергии перехода 129 кэВ, т. е. 1/25 000000000 часть! За открытие столь тонкого эффекта Мёссбауэру была присуждена Нобелевская премия.
В дальнейшем эффект Мессбауэра физики стали использовать в качестве средства очень точного измерения энергии (точнее, изменения энергии) 7-квантов и с его помощью сделали ряд новых открытий. Так, было определено, насколько изменяется энергия 7-кванта за счет притяжения Земли, и тем самым было подтверждено одно из основных положений
общей теории относительности о связи электромагнитных и гравитационных полей, которую можно описать "искривлением" пространства. Заметим, что в ряде опытов требовались еще меньшие скорости движения источника — до долей миллиметра в секунду, и, стало быть, значения АЕ/Е были еще меньше - до 10"16.
149
Существуют и другие способы измерения энергии 7-квантов. Наблюдая, например, дифракционную картину, возникающую при рассеянии 7-квантов на кристалле, можно определить длину волны 7-квантов аналогично тому, как это делал Мозли при изучении характеристического рентгеновского излучения. Зная длину волны, нетрудно вычислить частоту колебаний V = с/Х, а затем по одной из формул квантовой механики найти и энергию 7-квантов: Ey = hv. Для определения длины волны 7-квантов с целью нахождения их энергии существуют специальные приборы — кристаллические спектрометры, которые позволяют проводить наиболее точные измерения энергии. Однако этот метод неприменим в области высоких энергий, когда длина волны 7-кванта много меньше расстояний между атомами в кристалле; в этом случае, как и при падении видимого света на редкую гребенку для волос, никакой дифракционной картины заметить не удается.
Подводя итог всему сказанному, можно сделать вывод, что энергию 7-квантов измерять труднее, чем энергию заряженных частиц.
ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ НЕЙТРОНОВ
Энергию нейтронов измерить еще труднее, так как они, будучи нейтральными, очень слабо взаимодействуют с электронными оболочками атомов. У нейтрона есть отличный от нуля магнитный момент, который может взаимодействовать с магнитными полями, создаваемыми вращающимися вокруг ядер электронами, но эффект этот относительно мал. Поэтому обычно исследование нейтронов основано на наблюдении результатов их взаимодействия с ядрами, но вероятность попадания нейтрона в ядро, занимающее лишь 1/1000 ООО ООО ООО часть объема атома, ничтожно мала.
Для определения энергии нейтронов можно поступать по-разному. Проще всего регистрировать ядра отдачи. О том, как это делается, уже шла речь выше. Говорилось также и о том, что в качестве рассеивателя лучше всего использовать водород или водородосодержащее вещество. На последнем обстоятельстве следует остановиться подробнее.
150
Ядро обычного водорода — протон — имеет массу, почти равную массе нейтрона. Поэтому при лобовом столкновении быстрого нейтрона с покоящимся протоном (рис. 43) вся энергия первого может быть передана второму. При нелобовом столкновении протону передается лишь часть энергии нейтрона, причем она зависит от точности попадания. Таким образом, если мы уверены, что столкновение было лобовым, то энергию нейтрона определить очень просто: она равна энергии протона отдачи. Но как узнать, каким было столкновение: лобовым или нет? Еще хорошо, если известно направление движения нейтронов. В этом случае, применив детектор, позволяющий видеть следы заряженных частиц (например, фотопластинку, камеру Вильсона или диффузионную камеру), можно отобрать следы протонов нужного направления и по их длине найти энергию. Так обычно и поступают при экспериментах с пучками нейтронов, выходящих из реактора или идущих от источников и мишеней ускорителей. А что делать, если нейтроны летят по всем направлениям? В этом случае нельзя сказать, каким нейтроном вызвано появление того или иного следа: то ли энергия нейтрона равна энергии зарегистрированного протона, то ли она гораздо больше, но столкновение не было лобовым.
Предыдущая << 1 .. 49 50 51 52 53 54 < 55 > 56 57 58 59 60 61 .. 76 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed