Дифракция микрочастиц

Первые экспериментальные исследования, подтвердившие волновую природу частиц были выполнены при исследовании дифракции электронов на кристаллической решётке. Дебройлевская длина волны электрона при ускоряющей разности потенциалов ~ 100 В имеет порядок ~ 10^{-10 м.}

Пусть имеется совершенный кристалл, обладающий идеальной, без каких либо нарушений кристаллической решёткой, и электроны падают на кристалл под углом скольжения θ по отношению к рассеивающему семейству плоскостей.

3 - 3

β =(π - 2θ) – угол между между падающим и дифрагирующим пучками электронов.

При значении угла θ , удовлетворяющему условию Брэгга-Вльфа

2d^.sin θ = n^.λ_Б , где ( n = 1; 2; 3; 4… )

возникает интенсивный дифракционный максимум отражённой волны. Здесь

d – расстояние между отражающими плоскостями (постоянная решётки кристалла).

Дифракционные максимумы появляются в тех случаях, когда разность хода волн, отражённых от соседних атомных плоскостей, равна целому числу длин волн де Бройля, т.е. имеет место интерференция.

С учётом преломления электронных волн в кристалле условие Брега-Вульфа принимает вид

, где

n_e – показатель преломления электронных волн в кристалле.

Результаты экспериментов по дифракции электронов, проведённые американцами Девиссоном и Джермером на монокристалле никеля, а также англичанином Дж.Томпсоном и советским физиком Тартаковским на тонкой поликристаллической фольге хорошо совпали с теоретической формулой Брэгга-Вульфа.

В 1921г.

Позднее была обнаружена дифракция тепловых нейтронов, т.е. нейтронов, энергия которых сравнима с энергией при комнатной температуре Т ~ 300 K. Для таких нейтронов

~ 10^{-10 м} , где m_n – масса нейтрона.

3 - 4

На рисунке приведена традиционная схема эксперимента по дифракции нейтронов.

Нейтроны, выходящие из ядерного реактора R , проходят через замедлитель S и теряют в нём часть своей энергии. Далее через коллимирующую систему К , формирующую узконаправленный пучок, они попадают на кристалл С, в котором и происходит дифракция. Дифрагировавший пучок нейтронов регистрируется детектором нейтронов D.

В дальнейшем были обнаружены при дифракции на кристаллах волновые свойства атомов гелия, молекул водорода и тяжёлых молекул фторфуллерена С₆₀F₄₈. Таким образом гипотеза де Бройля имеет универсальный характер для всех частиц, независимо от их природы и внутреннего устройства.