Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
поставленной задачи. Однако если 5- и P-состояния в действительности
вырождены, то наличие электрического поля приведет к тому, что реальные
состояния не будут ни чистыми S-, ни чистыми P-состояниями, а некоторой
их смесью ', и время их жизни будет соответственно значительно более
коротким, чем 5-состояния.
"При эффективном электрическом поле порядка 10 В/см время жизни 2251/2-
состояния будет почти в пять раз больше времени тр (тр=1,6 не - время
жизни 22Р1/гсостояния). В широком интервале значений поля время жизни
изменяется обратно пропорционально квадрату напряженности поля...
Из сказанного ясно, что 22572-состояние будет достаточно долгоживущим,
если только соответственно уменьшить возмущающие поля. Для пучка длиной 6
см, распространяющегося со скоростью 8-105 см/с, необходимо было
обеспечить время жизни порядка 0,75* 10~5 с, чтобы могло "выжить" 37%
атомов. Согласно расчетам, это потребовало бы наличия возмущающего поля
величиной порядка х/з В/см или меньше. Однако при помощи таких полей
весьма непросто было бы удержать электроны и ионы, образующиеся в
процессе возбуждения атомов, вдали от детектора...
Теперь нам известно, что состояния 225у2 и 22Ру2 являются невырожденными.
Это значительно снижает влияние эффекта Штарка на стабильность состояния
22Sy2, уменьшая вероятность соответствующих переходов. В то время,
однако, мы не рассматривали всерьез возможность того, что вырождение
может быть в значительной степени снято естественным путем, и
намеревались увеличить стабильность 225'/2-состояния при помощи
магнитного поля, обеспечив большое расщепление состояний, обусловленное
эффектом Зеемана"2. Поскольку
1 Смешивание состояний под влиянием внешнего электрического поля
называется эффектом Штарка.
2 Эффект Зеемана возникает в результате взаимодействия магнитного момента
с внешним магнитным полем; энергия такого
Взаимодействия равна ц*В, если ось z направлена вдоль поля В.
Составляющая щ может быть записана в виде giMj, где Mj-проек-
ция вектора J на В; коэффициент gi зависит от / и В (и от S, которое
обычно равно //г для одноэлектронных состояний).
133
расщепление имеет различное значение для S- и для P-состояний, таким
путем искусственно снимается вырождение. "Наличие магнитного поля,
перпендикулярного атомному пучку, также способствовало бы удалению
заряженных частиц от детектора", и, следовательно, отпадала бы
необходимость в электрическом поле, которое в данном случае нежелательно.
Следующая проблема состояла в создании пучка атомов, находящихся в
метастабильном состоянии. "Рассматривалось много различных способов.
Простейшим источником могла бы служить водородная разрядная трубка с
небольшим отверстием для выхода пучка в вакуум. В процессе разряда мы
получили бы смесь молекулярного и атомарного водорода, электронов и
ионов, а также небольшую долю возбужденных атомов и интенсивное
излучение, содержащее линии Лаймана и Баль-мера... Вопрос состоял в том,
удастся ли пропустить заметное число атомов в 22Si/2-coctohhhh через
отверстие... Некоторые атомы после выхода их из области разряда можно
было бы возбудить оптически, обеспечив тем самым их дальнейший переход в
225>/2-состояние. Однако численная оценка получаемого таким путем выхода
давала обескураживающие результаты. Кроме того, на детектор попадало бы
чрезвычайно интенсивное фо-йовое ультрафиолетовое излучение. Это могло
привести к нежелательным результатам, так как многие детекторы,
чувствительные к излучению метастабильных атомов, также и
фоточувствительны.
Второй из рассмотренных нами методов сводился к бомбардировке
молекулярного водорода электронами в свободной от поля области... Быстрые
метастабильные атомы водорода должны были создаваться при энергиях
падающих электронов свыше 25 эВ.
Одна из трудностей, связанных с этим методом, состояла в том, что атомные
фрагменты Н + Н* разлетаются в совершенно случайных направлениях
относительно электронного пучка, так что детектор может эффективно
уловить лишь малую их часть. Фоновый эффект, вызванный ультрафиолетовым
излучением, возникающим в молекулярном водороде начиная с энергий 11,5эВ,
также обещал значительные осложнения... -
Принятый нами окончательно третий метод состоял в том, что сначала
создавался пучок атомов водорода
134
в основном состоянии и затем он бомбардировался электронами, энергия
которых должна была слегка превышать пороговое значение 10,2 эВ,
необходимое для возбуждения и перехода атомов в состояние 22Si/2...
Для получения пучка атомов водорода было пригодно несколько способов: а)
трубка Вуда; б) микроволновой разряд; в) тепловая диссоциация в
вольфрамовом тигле. Ввиду отсутствия каких-либо противопоказаний" был
выбран последний. По оценкам, при давлении в печи Ю~з атм и температуре
2500 К диссоциировало около 65%' молекул и наиболее вероятная скорость
атомов в исходном пучке составляла 8-105 см/с.
Возбуждение атомов при бомбардировке электронами не гарантировало такого
