Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
В дальнейших опытах Комптона и других исследователей удалось зарегистрировать электроны отдачи и показать, что электрон отдачи и рассеянный фотон коррелированы друг с другом и что в этом процессе сохраняется энергия и импульс*).
21. Рассмотрим теперь, в чем'зна-чение комптон-эффекта. Заметим прежде всего, что классический ’волновой пакет электромагнитного излучения также должен рассеиваться электроном и для объяснения такого рассеяния нет необходимости прибегать к квантовой механике. Однако специфическая связь (18е) между частотой рассеянного излучения и углом рассеяния содержит постоянную
Рис. 20А. Спектры рассеянного излучения для трех углов рассеяния. На верхнем графике показана линия 0,71 А, соответствующая падающему на спектрометр излучению; абсцисса пропорциональна j длине волны, а ордината — интенсивности излучения. Максимум в левой части трех нижних графиков показывает, что часть рассеянного излучения имеет ту же длину волны, что и падающее. Максимумы в правой части графиков сдвинуты по частоте и отвечают излучению, испытавшему комптоновское рассеяние. согласии с формулой Комптона сдвиг,частоты возрастает с увеличением угла, рассеяния (Compton А. И.— Phys.
Rev., 1923, v. 22, p. 409)
*) Compton A. Simon A. W. Directed Quanta of Scattered X-Rays.—Phys. Rev., 1925, v. 26, p. 289; см. также: Wilson С. T. R. Investigations on X-Rays and p-Rays by the Cloud Method.— Proc. Roy. Soc., London, 1923, v. 104, p. 1.
Юланка, и способ, каким величина А вошла в эту формулу, явля-
ется сильным доводом в пользу фотонных представлений. Напомним, что при выводе формулы (18е) мы опирались на представление, что рассеивается весь фотон целиком, а не какая-то, скажем третья или пятая, его часть. Таким образом, значение комптон-эффекта в том, что он подтверждает универсальный характер соотношения Е = =%<&. В опыте Комптона фотон не поддается «расщеплению»: фотон -с частотой со всегда имеет энергию Асо и импульс Асо/с.
В оптических опытах, где используются фотоэлементы (для видимой или ультрафиолетовой части спектра), можно проверить связь ?=Асо лишь для весьма ограниченной области частот. Комп-тон-эффект расширяет эту область до жесткого рентгеновского излучения. Разумеется, если мы верим в специальную теорию относительности, а мы в нее верим, то мы должны признать универсальный характер этого соотношения (см. начало главы). Тем не менее нельзя недооценить значение опытов, которые являются прямой проверкой этого соотношения в новой области частот: мы проверяем согласованность наших идей и, кроме того, проверяем саму
ской трубки. Электроны, испускаемые катодом (он накаливается нитью с током), ускоряются разностью потенциалов К0, приложенной между катодом и анодом. Попадая на анод (другое название мишень или антикатод), они останавливаются. На основании классической электромагнитной теории следует ожидать, что торможение электронов будет сопровождаться испусканием электромагнитного излучения. Это излучение впервые было обнаружено Рентгеном в 1895 г.*). Испускаемое излучение получило название рентгеновского излучения (или Х-лучей в английской литературе).
Истинная природа этого излучения сначала не была ясна, но в начале века были получены исчерпывающие доказательства его элект-
*) Rontgen W. С. Uber eirie neue Art von Strahlen.— Sitzungsber. Med. Phys. <jes., Wurzburg, 1895, S. 137; 1896, S. 11.
Рен,----------- - - ¦ - '
специальную теорию относитель ности.
+ ношения Е со. Мы можем ска
В настоящее время мы располагаем исчерпывающими доказательствами общего характера соот-
[и обще Е = П
Рис. 22А. Упрощенная схема устройства рентгеновской трубки. Электроны испускаются катодом, нагреваемым накаливаемой иитью, и ускоряются к аноду. Часть излучения является характеристическим излучением вещества анода,
Нить j
Стеклянная оболочка
зать, что оно является существенной частью современной физики. Чтобы продолжить изучение следствий из этого соотношения, рассмотрим два новых явления: генерацию рентгеновского излучения в рентгеновской трубке и аннигиляцию и рождение электронно-позит-ронных пар.
другая — тормозным излучением
22. На рис. 22А схематически показано устройство рентгенов-
166
ромагнитной природы. Опыты Баркла по двойному рассеянию рентгеновского излучения, выполненные в 1904 г., показали, что это излучение поперечно поляризовано. Наиболее решающие доказательства относятся к 1912 г., когда В. Фридрих и П. Книппинг, следуя идее М. Лауэ, обнаружили дифракцию рентгеновского излучения в кристалле. Мы упоминали об этом в гл. 1 *).
23. После создания методов спектроскопии рентгеновского излучения стало возможным измерять интенсивность этого излучения
ях. Типичный график зависимости интенсивности от длины волны для трех различных мишеней при одной и той же ускоряющей разности потенциалов приведен на рис. 23А. Мы видим на фоне непрерывного спектра несколько «всплесков» интенсивности, образующих резкие максимумы. Положение этих максимумов является характеристикой вещества мишени, а характер непрерывного фона при данном значении 17о слабо зависит от вещества мишени. Рассмотрение всей совокупности экспериментальных данных позволяет сделать вывод о двух различных механизмах образования рентгеновского излучения. Резкие линии аналогичны спектральным линиям види-
