Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
величины
124
с большой степенью точности. Частота осциллирующего магнитного поля
определяется с точностью не хуже 0,03%' при помощи гетеродинного
частотомера...
Калибровка однородного поля магнита С по значениям тока в возбуждающей
катушке производится обычным путем по измерению отбрбса баллистического
гальванометра *, возникающего при выведении пробной катушки из магнитного
поля. Гальванометр калибровался при помощи катушки взаимоиндукции 50 мГ с
точностью до 0,5%. Было изготовлено несколько пробных катушек с тщательно
измеренными параметрами обмотки из латуни. Ошибки в определении значения
магнитного поля, обусловленные погрешностями в измерении площади сечения
пробных катушек, по-видимому, не превышали 0,2%...
Важно, чтобы магнитное поле при данном значении тока всегда возвращалось
к одному и тому же значению. Было обнаружено, что если для
размагничивания магнита, создающего однородное поле, и для последующего
создания нужного магнитного поля воспроизводилась определенная процедура,
то указанное выше условие выполнялось с точностью лучше 0,1%'.
Значительные колебания наблюдались в величине взаимоиндукции...
Абсолютное значение магнитного поля определялось с относительной
погрешностью около 0,5%...
Первыми описанньщ методом были изучены ядра 6Li, 7Li и 19F в молекулах
LiCl, LiF, NaF и Li2. Для каждого ядра значения отношения f/H,
соответствующие резонансным мйнимумам, в широком диапазоне изменения
частоты остаются постоянными с очень высокой степенью точности. Это
показывает, что мы имеем дело с изменением ориентации ядер, а не с каким-
либо молекулярным переходом...
Ядерный g-фактор определяется из наблюдаемых значений f/H с помощью
формулы
? = 1,3122-1(Г3^,
Мс
которая следует непосредственно из уравнения [6.1], если магнитный момент
р измеряется в единицах ядер-
1 См. примечание на стр. 73, гл. 4.
126
ного магнетона eh/АлМс, a f - v... Значения g-фактора, спинов и магнитных
моментов ядер представлены в таблице [6.1].
Таблица 6.1
Ядерные g'-факторы и магнитные моменты, определенные в первом
эксперименте с резонансным молекулярным пучком [Phys, Rev., 55, стр. 534,
табл. II (1939)]
Ячро g-Фактор Спин Магнитный момент
6. . Li 0,820 1 0,820
7Li 2,167 Чг 3,250
"F 5,243 '/2 2,622
Раби и его сотрудники действительно достигли своей цели - они создали
метод определения магнитных моментов ядер с большой точностью. Вскоре
модификация этого метода была использована для установления магнитного
момента нейтрона. Лишь после этого точность измерений оказалась
достаточной, чтобы обнаружить несовпадение магнитного момента дейтрона с
суммой магнитных моментов протона и нейтрона (это различие обусловлено
динамическими эффектами).
Резонансный метод молекулярных пучков был впоследствии дополнен другими,
более точными методами. Однако он по-прежнему сохраняет свое значение, и
в более новых методах идея резонанса продолжает играть главную роль,
Глава 7
ТОНКАЯ СТРУКТУРА СПЕКТРА ВОДОРОДА
Общепринятое изложение развития теории атома водорода может создать
неверное представление о действительном ходе событий. Огромным успехом
теории Бора явилось подтверждение ею формулы Бальмера; однако всего лишь
год спустя после работы Бальмера, т. е. за 25 лет до открытия Бора, было
установлено, что спектр водорода гораздо сложнее, чем это следует из
формулы Бальмера. А. А. Майкельсон и Е. В. Морли обнаружили, что первая
линия серии водорода На является дублетом с расщеплением, равным 0,36 см-
1 в шкале волновых чисел.
Вполне естественно, что теория Бора не дала удовлетворительного
объяснения этому явлению; скорее нужно удивляться тому, что она оказалась
способной сделать так много и так хорошо. Модификации и
усовершенствования этой теории не заставили себя долго ждать. В
частности, Арнольд Зоммерфельд в 1916 г. учел влияние релятивистских
эффектов на движение электрона и установил, что при п = 2 (это конечное
состояние при переходе, ответственном за линию На) в действительности
имеется два возможных состояния с разностью энергии
AE2 = -La2hcR[\ + 0(a2)], (7.1)
где h = 2яй - постоянная Планка, с-скорость света, Ц = 109 737,3 см~' -
постоянная Ридберга, а = e2/hc - - V137 - безразмерное число, называемое
постоянной тонкой структуры (г - заряд электрона); символом О (а2)
обозначаются величины, имеющие порядок а2 или меньше. Должно было, по-
видимому, существовать также трехкратное расщепление уровня с п - 3, но
оно слишком мало, чтобы его можно было обнаружить. Поскольку уравнение
(7.1) давало правильное значение
127
для расщепления линий в дублете, в течение какого-то времени ситуация
выглядела вполне удовлетворительно.
Как ни странно, но создание новой квантовой теории вначале только
усложнило ситуацию. Правда, формула Бора для основной структуры уровней
сохранила свое значение, но попытки учесть релятивистские эффекты
приводили к величине АЕ2, которая оказалась больше в 8/3 раза. Положение
несколько улучшилось после того, как было введено понятие спина электрона
