Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
значение полей на уровне половины амплитуды в случае широких пиков".)
Теоретически рассчитанные кривые для эффекта Зеемана изображены сплошными
линиями, однако, чтобы совместить их с наблюдаемыми точками, их пришлось
сместить вниз на 1000 МГц (пунктирные линии). После такой поправки
согласие теории с экспериментом было очевидным.
На этом этапе "ввиду неопределенности, вносимой "-Неоднородностью поля и
искажением пиков из-за паде-
149
moo
12000
11000
10000
9000
6000
// ~\ / * W / / / /° У / У / У
iV ть'у / / / / / / / / У" У у/о У У Уо У У
f У / У \ ^4",S4n/ \ / \ У \ \ / \ / /\ / \ у \ у \ / \
^ \ '' '"Л 0\ \>Ч ° \ \(Л °\ V- X \\ °о\ V ¦Ъч ^ О
\ \ч \ \^= \ ^ °\ \ \ \ \ \ \ a э э a
1000 2000 Магнитнои поле, Гг
3000
Рис. 7.7. Сравнение экспериментальных значений резонансных магнитных
полей для различных частот (отмечены кружками) и значений, предсказанных
теорией Дирака (сплошные линии).
Те же значения, вычисленные с учетом сдвига уровня 2!Sya вверх на 1000
МГц, обозначены пунктирными линиями "Этот график охватывает лишь малую
область значений частот и магнитных полей, измеренную экспериментально,
однако полный график не позволил бы рассмотреть мелкие детали, остальная
часть графика тоже обнаруживает сдвиг, полностью соответствующий сдвигу
на 1000 МГц" IPhys. Rev., 72 (1947), стр, 242, рис. 2].
ния уровня сигнала \ не предпринимались попытки добиться "наилучшего
приближения"", так что величина сдвига оценивалась примерно в 1000 + 100
МГц. Дальнейшее усовершенствование методики позволило увеличить точность
до такой степени, что полученные в таких экспериментах данные
стали'играть важную роль при определении фундаментальных мировых
констант. Однако важный факт, зафиксированный в первом сообщении, сосюял
в безусловном наличии эффекта расщепления.
В заключение следует отметить, что 25 лет спустя после работы Лэмба и
Ризерфорда стало возможным разрешать тонкую структуру линии На
оптическими средствами, используя метод так называемой спектроскопии
насыщения. Примененный впервые Т. У. Хеншем, И. С. Шакиным и А. Л.
Шавловым в Стэнфордском университете, этот метод предполагает
использование перестраиваемого лазера с очень малой шириной линии.
Лазерный луч расщепляется на две части: сильный насыщающий луч с
периодическим прерыванием и более слабый пробный луч. Оба луча
пропускаются почти в противоположных направлениях через водород. Таким
способом исключается доплеровский сдвиг: только атомы, движущиеся с
нулевой скоростью вдоль направления лучей, могут взаимодействовать с
обоими лучами, так как отличная от нуля скорость сдвинула бы частоту
вверх для одного луча и вниз - для другого. Атомы возбуждаются в
состояние п = 2 при помощи электрического разряда. Когда лазерная частота
настраивается на резонанс с одной из частот комплекса линий На, любой луч
может возбудить атомы далее в состояние п - 3, что приведет к поглощению
мощности луча. Резонанс регистрируется по уменьшению поглощения пробного
луча в присутствии насыщающего луча, поскольку всю необходимою мощность
света, которую могут поглотить атомы, способные взаимодействовать с
обоими лучами, они получают от более интенсивного из них.
1 Даже в отсутствие высвечивающего радиочастотного или постоянного поля
сигнал детектора убывает при возрастании магнитного поля (остальные
условия не меняются) из-за действия электрического поля, возникающего при
движении электрона Эго поле, а Вместе с ним и доля высветившихся атомов
растет с увеличением магнитного поля.
Глава 8
МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОНА
В начале 90-х годов прошлого столетия выдающийся физик лорд Кельвин
заявил, что основные принципы физики полностью установлены и теперь
остается лишь "измерять следующие знаки после запятой". Его предсказание
оказалось ошибочным. За одно лишь последовавшее за этим десятилетие были
открыты рентгеновские лучи и радиоактивность, что продемонстрировало
делимость атомов, а в конце этого десятилетия появилась гипотеза квантов.
Однако далеко не все понимают, что важные ключи к разгадке законов
природы скрыты в повышении точности измерений. В настоящей главе описан
именно такой случай: измеренное с высокой степенью точности значение
магнитного момента электрона оказалось примерно лишь на 0,1% отличающимся
от предсказанного теорией значения. Но это расхождение, как и сдвиг
уровней водорода, описанный в гл. 7, стимулировало развитие теории
взаимодействия электрона с электромагнитным полем. Ввиду важности этого
открытия его автор, Поликарп Куш из Колумбийского университета, был
удостоен в 1955 г. Нобелевской премии по физике.
Теория Бора, разумеется, учитывала магнитные эффекты, возникающие
вследствие движения электронов по орбите; в ней была введена естественная
единица магнитного момента: магнетон Бора р0 - eb/2mc, где е и т. - заряд
и масса электрона, с - скорость света. Магнитный момент электрона,
движущегося по орбите и имеющего момент импульса 1Ь, равнялся точно l\i0.
