Гравитация и относительность - Цзю Х.
Скачать (прямая ссылка):
На фиг. 6.7 изображена схема обычной установки для исследований парамагнитного резонанса. Молекулы хлора диссоциируют на атомы под действием электрического разряда. Полученные атомы прокачиваются по 5000 э, измеряемое протонным магнитометром. СВЧ полем с частотой приблизительно 9000 Мгц. Резонатор помещен в магнитное поле напряженностью от 4000 до 5000 э, измеряемое протонным магнитометром. СВЧ поле в резонаторе измеряется с помощью детектора. Были использованы в ‘высшей степени стабильные генераторы СВЧ и магнитного поля и весьма чувствительные детекторы. Резонансное поглощение энергии атомами, находящимися в СВЧ резонаторе, происходит на боровских частотах, соответствующих зеемановским переходам. Типичная кривая резонансного поглощения изображена на фиг. 6.8.
В опыте с хлором исследовалась зависимость частоты, соответствующей зеемановским переходам rrij = = +3А> -^mJ= + {І2 При trij = + 3І2 (здесь m,7 — магнитное квантовое число электрона, a Ht1 — магнитное квантовое число ядра), от относительной ориентации магнитного
14*
212
Глава 6
поля и направления на центр Галактики. При неподвижном относительно Земли электромагните, когда магнитное поле было ориентировано приблизительно с севера
SjMoHo
П‘
TTl1
I
I
, / ?//
hb
4
^ha
~ 2 \
\
\
hr-
і ;
iV
-г-
Ї _2/Uo2Ho2 Т~9
1
Частота протонов, Мгц
Фиг. 6.6. Энергетические уровни основного состояния 2PbJ^ атома Cl35 во внешнем магнитном поле с напряженностью H0.
Сдвиг энергий, пропорциональный Щ, вызывается возмущением, связанным с близостью уровня 2Pyi- Энергетические уровни, соответствующие rtlj SB— If2t — 9/ь
не изображены. B сильном поле наблюдается переход (ту, /и/ ) = (•/}*, в/2)-^ > (1/*, #/а).
Через 6 обозначено расстояние между уровнями 2Pij2 и 2Pxjt, соответствующее тонкой структуре.
на юг, эта относительная ориентация вследствие вращения Земли зависела от времени. В Нью-Хэвене, на ши* роте 41°, в определенный момент звездных суток направление в горизонтальной плоскости на юг ориентировано на 22° от центра Галактики, а через 12 час то же самое направление «вдоль горизонтальной плоскости принимает ориентацию на 104° от центра Галактики. Конечно, важно, чтобы сам эталон частоты, с которым сравнивается частота зеемановского перехода, не был подвержен влиянию анизотропии массы. В большей части из-
Принцип Маха и эксперименты по анизотропии массы 213
мерений частоты зеемановского перехода, например, в упоминавшихся опытах Коккони и Салпитера, применялись вторичные эталоны — генераторы, стабилизированные кварцем, калибровавшиеся время от времени по
Фиг. 6.7. Схематическое изображение установки для экспериментов по поглощению при парамагнитном резонансе.
/ — резонатор волны типа ТЕоп\ 2 — патрубок для откачки; 3— волновод, ведущий к генератору; 4 — кольцевая прокладка для коррекции магнитного поля; 5—полюсный наконечник электромагнита (диаметром 20 см); б —разрядная трубка;
7 —трубка протонного регулятора; 5 —волновод, ведущий к болометру.
сигналам WWV. Ввиду «возможного влияния анизотропии массы на частоту кварцевых генераторов последние не соответствовали нашим целям. В нашем опыте использовался эталон частоты с пучком атомов цезия (типа «атомихрон» фирмы «Нейшенел»). Используемый в этом эталоне [7] переход (Ft Mf) = (4, 0)«-* (3, 0) не должен быть подвержен никакому влиянию со стороны анизотропии массы. Магнитное поле поддерживалось постоянным с помощью протонно-резонансного зонда, резонансная частота которого сравнивалась с частотой
214
Ілава 6
эталона «атомихрон». В постоянном магнитном поле протонная резонансная частота не должна отражать эффектов анизотропии массы. Переход rrij= +3/2«-*m,= = + 72 при т1=+3/2 для 2А/а-состояния Cl35 наблюдался гі течение более 12 нас. С точностью до ошибки
Фиг. 6.8. Типичная линия поглощения при парамагнитном резонансе в хлоре, соответствующая переходу (rrij, гп/) а* (3/г> zI2)
(V*. 3/2).
эксперимента, равной 30 кгц, не было обнаружено никаких изменений во «времени частоты зеемановского перехода, происходящего примерно при 9190 Мгц в магнитном поле напряженностью 4730 э. Если рассматривать электронную систему хлора как «дырку», движущуюся в кулоновском потенциале, создаваемом нуклонами и электронами, то для величины Amlm0 мы получим верхний предел, равный 10”10.
Принцип Маха и эксперименты по анизотропии массы 215
При другом методе исследований наблюдаются частоты двух зеемановских переходов, разности энергий которых при любой анизотропии массы должны изменяться по-разному. Нужно только провести наблюдение этих двух переходов в такой момент, когда направление на галактический центр дает максимальный эффект анизотропии массы. Простые экспериментальные данные такого типа получены для зеемановских переходов AMj = ± 1, ±2 в состоянии 3P2 атомарного кислорода [8]. Из этих данных следует, что Дт/т0<10"10.
Столь высокая чувствительность в опытах с использованием электронного парамагнитного резонанса достигается потому, что мы наблюдаем зеемановские переходы с очень высоким разрешением по энергии, а разность зеемановских энергий составляет лишь малую долю полной энергии связи электронов. Любая же анизотропия массы приводит к изменению кинетической энергии электрона, во много раз превышающему зеема-новскую энергию. Таким образом, разрешение, необходимое для определения зеемановского расщепления, соответствует чрезвычайно малой доле полной кинетической энергии электронов, а поэтому становится возможным обнаружить весьма малую относительную масс-ани-зотропию.
