Теория атомных столкновений - Мотт Н.
Скачать (прямая ссылка):
молекулами, в этом издании нами полностью опущена.
Для того чтобы удовлетворить растущую потребность в сведениях как
экспериментального, так и теоретического характера о скоростях различных
атомных (неядерных) процессов столкновений, в настоящее время предпринято
издание второй книги- "Электронные и ионные процессы столкновений",-
которая является не чисто теоретической, но содержит также описание
экспериментальных методов исследования. Эта книга написана одним из
авторов совместно с доктором Берхопом. Мы ссылаемся на эту новую книгу
повсюду, где нам представляется необходимым обратить внимание на
существование специального пособия по этим вопросам.
ВВЕДЕНИЕ
Многие из наиболее существенных успехов современной физики были
достигнуты в результате изучения поведения пучков заряженных частиц.
Исследования Томсона и других авторов в области катодных лучей привели к
открытию электрона и определению отношения его заряда к массе. С помощью
аналогичных методов Кауфману удалось продемонстрировать наличие
релятивистского изменения массы со скоростью, а усовершенствование этого
метода Астоном дало возможность изучить дефекты мас-атомов.
Эти опыты дали нам сведения о природе самих заряженных частиц. Когда
природа этих частиц была понята, пучки заряженных частиц оказались
наиболее удобным орудием исследования атомной структуры. Наиболее ценные
в этом отношении сведения могут быть получены в результате бомбардировки
вещества, обычно газа или тонкой фольги, при таких условиях, когда очень
немногие из падающих частиц испытывают эффективные столкновения больше,
нежели с одним атомом. При этих условиях рассеяние называют
"однократным". В этом случае оказывается возможным исследовать энергию и
угловое распределение рассеянных частиц или же излучение, испускаемое
атомом.
Наиболее ранним, опытом этого типа явился опыт Резерфорда, подвергшего
тонкую металлическую фольгу бомбардировке потоком а-частиц. Из
соотношения между числом рассеянных частиц и толщиной фольги Резерфорду
удалось показать, что в условиях опыта имело место однократное рассеяние;
изучение изменения рассеяния с изменением угла привело его, далее, к
утверждению о той, что в центре атома находится тяжелое ядро. Дальнейшие
усовершенствования этого метода привели к открытию аномального рассеяния
и искусственномуХразложению ядер; этот метод оказался также одним из
наиболее пригодных для исследования структуры ядра.
Опыты по бомбардировке атомов электронами с заданной энергией,
осуществленные Франком, Герцем и другими исследователями, дали наиболее
непосредственное доказательство существования стационарных состояний,
постулированных Бором в 1913 г.
8
ВВЕДЕНИЕ
Оказалось возможным измерить наименьшую энергию, необходимую для
возбуждения атома до состояния, в котором он может излучать, а также
исследовать распределение скоростей электронов после столкновений и
показать, что при рассеянии электроны либо не теряют энергии, либо потеря
ими энергии превышает первый резонансный потенциал.
Во всех этих опытах внимание исследователей привлекал в основном атом, а
не сталкивающаяся с ним частица. Ведь именно атом обладает планетарной
структурой, существует в стационарных состояниях и обладает способностью
к излучению. Если считать эти факты установленными, то сталкивающаяся
частица ведет себя так, как этого и следовало ожидать, и является очень
удобным орудием исследования. Теоретические работы вплоть до последнего
времени касались поэтому в основном изучения стационарных состояний
атомов. Точные и подробные данные об энергиях этих состояний были
получены в результате развития спектроскопических методов исследования.
Имели место также и попытки определения теоретических значений
вероятности потери энергии частицей при столкновении. Так, например, в
1911 г. Бор предложил полуклассическую теорию потери энергии электронами
и а-частицами при прохождении их через вещество; при этом было
получено'выражение, определяющее тормозную способность вещества и
находящееся в качественном согласии с опытными данными. В 1923 г. Крамере
дал теорию излучения частицей при ее столкновении с неподвижной мишенью.
Эти формулы, хотя и весьма удобные при анализе экспериментальных данных,
лишены, однако, сколько-нибудь надежного теоретического базиса.
Одним из успехов новой квантовой теории является то обстоятельство, что
она способна однозначным образом отвечать на вопросы, связанные с
определением вероятностей и интенсивностей при рассмотрении различных
вопросов теории столкновений. Первое указание на недостаточность
классической механики, дополненной квантовыми условиями, было получено в
результате работ Рамзауера, показавшего, что для некоторых атомов
эффективное сечение столкновений с медленными электронами во много раз
меньше, нежели газокинетическое сечение. Основной экспериментальный
материал, свидетельствующий о справедливости новой 1 теории, был получен,
однако, уже после ее построения, причем его накопление до некоторой
