Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика



Pdf көрінісі
бет273/346
Дата19.01.2022
өлшемі6,71 Mb.
#24105
түріУчебник
1   ...   269   270   271   272   273   274   275   276   ...   346
Байланысты:
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ

Гл. XXII. Строение атома

сосуда молекулы газа, передавая ей импульс, оказывают на нее

давление (см. том I).

Очень важную роль в развитии представлений о фотонах как

некоторых элементарных частицах сыграли опыты американско-

го физика Артура Комптона (1892–1962), в которых непосред-

ственно было показано, что фотоны при соударениях с электро-

нами ведут себя, как частицы с энергией и импульсом, связан-

ными между собой соотношением (209.3).

Исследуя рассеяние рентгеновского излучения в веществе из

легких атомов (рис. 371), Комптон в 1923 г. обнаружил, что при

этом происходит изменение длины волны рентгеновского излу-

чения, и установил связь между изменением длины волны Δλ

и углом рассеяния θ:

Δλ = 2λ

0

sin



2

θ

2



.

(209.4)


Здесь постоянная λ

0

= h/m



e

c = 2,43


· 10

12



м была первоначаль-

но определена из опыта. Результаты этих опытов противоречат

классическим представлениям о рассеянии электромагнитных

Рис. 371.



а)

Схема


опыта

Комптона. б) Спектр рассеян-

ного рентгеновского излучения

волн атомами, согласно которым

атом под действием падающе-

го излучения должен испытывать

вынужденные колебания и ста-

новиться источником рассеянных

волн, имеющих ту же частоту

(т. е. ту же длину волны), что

и падающая волна.

Открытое Комптоном явление

было, однако, прекрасно интер-

претировано с помощью представ-

ления о фотонах. Опыты Комп-

тона проводились с рентгеновски-

ми квантами с энергией 17,5 кэВ.

Эта энергия велика по сравне-

нию с энергией связи электронов

в легких атомах (несколько элек-

тронвольт). Поэтому можно счи-

тать, что в опытах происходило

столкновение фотона со свобод-

ным электроном (а не с атомом как целым), напоминающее со-

ударение упругих шаров. Применяя законы сохранения энергии



Гл. XXII. Строение атома

505


и импульса (рис. 372) к этому соударению, мы получим

hν + m


e

c

2



= hν



+





m

2



e

c

4



+ p

2

e



c

2

,



p

2

e



=





c



2



+







c





2

− 2


h

2

c



2

νν





cos ϑ.

(209.5)


При определении p

2

e



следует учитывать векторный характер за-

кона сохранения импульса и использовать тригонометрическую

теорему о связи между длинами сторон треугольника (рис. 372).

Рис. 372. Упругое столкновение фо-

тона и электрона. До столкновения

электрон покоится:

hν/c

— импульс



падающего фотона,





/c

— импульс

рассеянного фотона,

p

e



— импульс

электрона,

θ

— угол рассеяния фотона



При рассеянии рентгеновских фотонов высоких энергий элек-

троны отдачи, получившие от этих фотонов импульс, могут

иметь скорости, сравнимые со скоростью света. Поэтому сле-

дует учитывать релятивистский рост их массы и пользоваться

законами релятивистской механики (см. §§ 199, 200), как это

и было сделано в (209.5). Решение системы уравнений (209.5)

приводит после некоторых преобразований к количественному

объяснению соотношения для эффекта Комптона (209.4), уста-

новленного ранее экспериментальным путем (см. упражнение

19 в конце главы). В дальнейшем в опытах с квантами очень

высоких энергий было обнаружено комптоновское рассеяние не

только при взаимодействиях с электронами, но и с другими

частицами, например с протонами и нейтронами. Таким образом,

в этих экспериментах непосредственно установлено, что фотон

ведет себя как элементарная частица не только в явлениях фо-

тоэффекта и при излучении, но и в процессах взаимодействия

с электронами и другими частицами

1

).

Последующие опыты подтвердили представления о том, что



фотон — это некоторая частица. Были найдены процессы, в ко-

торых фотон при взаимодействии с атомными ядрами исчезает,

а вместо него образуется пара элементарных частиц: электрон

1

) С точки зрения современной теории элементарных частиц, комптоновское



рассеяние рассматривается как поглощение фотона hν электроном (или другой

частицей) с последующим излучением новой частицы — фотона hν



.



506



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   269   270   271   272   273   274   275   276   ...   346




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет