Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Шредингер, де Бройль и другие применили новую теорию к вопросам спектроскопии и решили несколько чрезвычайно трудных проблем, которые были не по силам старой теории орбит. Тем не менее, ввиду исключительного значения новой теории, кажется в высшей степени желательным, чтобы она покоилась на более прямых доказательствах. Кроме того, нужно показать, что теория наряду с объяснением явлений позволяет делать новые предсказания.
Дюмонд [1] изучал рассеяние медленных электронов на гелии и получил за-мечательные результаты, которые в общих чертах соответствуют предсказаниям теории. Однако из-за того, что структура гелия известна недостаточно хорошо, а также из-за математических трудностей невозможно выполнить точное сравнение теории с результатами опыта. Дэвиссон и Кэнсман [2] и Дэвиссон и Джермер [3] изучали отражение медленных электронов поверхностью кристалла никеля, а также других кристаллов и нашли хорошее качественное согласие с теорией, хотя для некоторых величин расхождение достигало 30 процентов. Можно надеяться, что описанные здесь опыты существенно продвинут вопрос об экспериментальном обосновании теории. Предварительные результаты этих опытов недавно опубликованы [4].
2. В наших опытах, которые начались в прошлом году, идея Дюмонда была распространена на рассеяние быстрых электронов пленками чистых металлов, где нам казалось возможным использовать технику, развитую в работах по рассеянию положительных частиц. Имеется, однако, некоторое различие в интерпретации результатов данного опыта и опыта Дюмонда.
*) С Р. Т Ь о гп Б о п, Ргос. Иоу. Бос. 117, 600 (1928).
247
По теории де Бройля электрону соответствует группа волн, а его прохождение через вещество определяется процессами рассеяния и дифракции. Электрону с энергией 25 ООО эв по приведенной выше формуле отвечает длина волны, равная 0,75-Ш"8 см. Жесткие Х-лучи *) имеют длину волны такого же порядка, поэтому волны, связанные с электронами этой энергии, должны во многих отношениях вести себя подобно жестким Х-лучам. Действительно, с этой точки зрения между электронами и X-лучами имеется близкое сходство. Считается, что квантовые эффекты Х-лучей вызваны перенесением центров энергии волнами и что в случае электронов движение электрического заряда, в котором сосредоточена энергия, совпадает с движением связанной с ним группы фазовых волн. В частности, должна иметь место дифракция электронов, когда они проходят через кристалл, подобно дифракции Х-лучей с той же длиной волны. Едва ли нужно говорить о том, что все это не означает, что фотоны и электроны неразличимы. В отличие от X-
Рис. I.
лучей электроны отклоняются электрическими и магнитными полями. Они являются носителями заряда и имеют намного меньшую энергию и проникающую способность по сравнению с Х-лучами с той же длиной волны.
3. Сущность описываемых опытов заключается в следующем. Моноэнергетический пучок катодных лучей проходит через очень тонкую пленку нормально к ее поверхности и регистрируется фотопластинкой, находящейся на некотором расстоянии от нее. Если пленка состоит из мельчайших кристаллов, расположенных случайным образом, то мы должны получить такую же картину, как в опыте Холла, Дебая и Шеррера, где использовались Х-лучи с такой же длиной волны. Если преобладает какая-либо определенная ориентация кристаллов, то можно рассчитать изменение дифракционной картины. Мы увидим, что на опыте были обнаружены оба этих эффекта. Важнейшее условие проведения опыта состоит в том, чтобы электрон при прохождении через пленку рассеивался только один раз. Для этого она должна быть достаточно тонкой. В противном случае дифракционная картина будет безнадежно размыта из-за наложения отклонений и представится на фотографической пластинке в виде однородно затемненной области с некоторым увеличением интенсивности вблизи от места, соответствующего направлению начального пучка.
Соблюдение этого требования вызывает основные экспериментальные трудности, но делает возможным обнаружение эффекта, который не наблюдался раньше.
4. В опыте используется простейшая экспериментальная установка (рис. 1). Катодные лучи генерируются индукционной катушкой в трубке А, проходят через тонкую трубку В с внутренним диаметром 0,23 мм и длиной б см и ударяются в пленку, которая помещена в С (показано в разрезе). Трубка В экранирована от магнитного поля цилиндрическим экраном, зачерненным на рисунке. Расстояние между точкой С и местом расположения фотопластинки В равно 32,5 см. Фотопластинка может быть опущена в два этапа с помощью магнитного затвора, что
*) Под Х-лучами автор понимает рентгеновские лучи. (Прим. ред.)
248
дает возможность экспонировать ее дважды. Это удобно, так как довольно трудно заранее оценить время экспозиции для получения хорошего изображения. Когда фотопластинка поднята в верхнюю часть камеры, для наблюдения частиц используется виллемитовый экран ?". Камера откачивается до хорошего вакуума. Газ, поступающий через тонкую трубку из А, удаляется трехступенчатым ртутным насосом. Напряжение разряда измеряется насколько возможно точно с помощью разрядника, состоящего из двух алюминиевых шаров диаметром 4 см, не показанных на рисунке. Предварительные опыты по отклонению частиц в магнитном поле на участке СО показали, что пучок электронов является почти однородным, так
