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1、戴維森的歷史再現(xiàn) 月兮月兮戴維森花了兩年多的時間繼續(xù)這項研究，設(shè)計和安裝了新的儀器設(shè)備，并用不同的金屬材料作靶子。工作固然沒有多大進(jìn)展，但卻為以后的工作作了技術(shù)預(yù)備。1925 年，戴維森和他的助手革末L.H.Germer，比戴維森小15歲又開始了束的轟擊實驗。一次偶爾的使他們的工作獲得了戲劇性的進(jìn)展。有一天，正當(dāng)革末給管子加熱、去氣，用于吸附殘存余留氣體分子的炭阱瓶忽然破裂了，空氣沖進(jìn)了真空系統(tǒng)，致使處于高溫的鎳靶嚴(yán)重氧化。過去這種事情也發(fā)生過，整個管子只好報廢。此次戴維森決定采用修復(fù)的辦法，在真空和氫氣中加熱、給陰極去氣。經(jīng)過兩個月的折騰，又從新開始了正式試驗。在這中間，奇觀出現(xiàn)了。 192

2、5年5月初，結(jié)果還和1921年所得差不多，可是5月中曲線發(fā)生特殊變化，出現(xiàn)了好幾處尖銳的峰值。他們立即采用辦法，將管子切開，看看里面發(fā)生了什么變化。經(jīng)公司一位顯微鏡的幫助，發(fā)現(xiàn)鎳靶在修復(fù)的經(jīng)過中發(fā)生了變化，原來磨得極光的鎳外表，如今看來構(gòu)成了一排大約十塊明顯的結(jié)晶面。他們斷定散射曲線的原因就在于原子從新排列成晶體陣列。這一結(jié)論促使戴維森和革末修改他們的實驗計劃。既然小的晶面排列很亂，無法進(jìn)行系統(tǒng)的研究，他們就作了一塊大的單晶鎳，并切取一特定方向來做實驗。他們事前并不熟悉這方面的工作，所以前后花了近一年的時間，才預(yù)備好新的鎳靶和管子。有趣的是，他們?yōu)槭煜ぞw構(gòu)造做了許多X 衍射實驗，拍攝了許多X

3、衍射照片，可就是沒有將X衍射和他們正從事的衍射聯(lián)絡(luò)起來。他們設(shè)計了很精巧的實驗裝配，鎳靶可沿入射束的軸線轉(zhuǎn)360，散射后的采集器可以以取不同角度，顯然他們的目的已從探尋求索原子構(gòu)造，轉(zhuǎn)向探尋求索晶體構(gòu)造。1926年他們繼續(xù)做散射實驗，然而結(jié)果并不睬想，并沒有馬上重獲偶爾之后的那種曲線。1926年夏，戴維森陪伴他的夫人里查森之回英國省親，戴維森這時正為自己未獲成功的實驗遲疑，就隨身帶著新近得到的實驗結(jié)果，希望他的姻兄能給他一些啟示。這時正值英國科學(xué)促進(jìn)會在牛津開會。戴維森隨里查森加入了會議。在1926 年8月10日的會議上，他聽到了有名的德國物理學(xué)家玻恩M.Born說到，戴維森和康斯曼從金屬外表

4、反射的實驗有可能是德布羅意波動理論所預(yù)言的衍射的。會議之后，戴維森與里查森找到玻恩和其他一些有名的物理學(xué)家，讓他們看新近得到的單晶曲線，而且進(jìn)行了熱烈的討論。在回美國的航程中，戴維森把所有時間用來閱讀薛定諤的著作。顯然他從牛津的討論中有所啟示，也許從這里能夠找到解釋。戴維森回到紐約后，立即和革末一起研究薛定諤的論文，但是計算結(jié)果跟實驗所得結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。于是，他們索性放棄原來的實驗，投入到一項進(jìn)行全面研究的計劃中去。這時，他們已經(jīng)完全由“不自發(fā)的狀況轉(zhuǎn)到“自發(fā)地尋找波的實驗中來了。1926年12月，全面的研究開始了。經(jīng)過23個月的緊張工作，獲得了一系列結(jié)果，整理后發(fā)表于1927年12月“物理評論

5、上，論文系統(tǒng)地敘述了實驗方法和實驗結(jié)果。戴維森與革末的實驗裝配極其精巧圖371。整套裝配僅長12 cm、高5 cm，密封在玻璃泡里，經(jīng)反復(fù)烘烤與去氣，真空度達(dá)10-6Pa。散射用一雙層的法拉第桶即所謂采集器采集，送到電流計測量。采集器內(nèi)外兩層之間用石英絕緣，加有反向電壓，以阻攔經(jīng)過非彈性碰撞的進(jìn)入采集器；采集器可沿軌道遷移轉(zhuǎn)變，使散射角在2090的范圍內(nèi)改變。細(xì)心的樣品是從晶體生長的單晶鎳切割下來的，經(jīng)過研磨、腐蝕，取111面正對束，這是由于鎳是面心型晶體，111面是這類晶體點(diǎn)陣最為密集的方向。晶體安裝在沿入射束方向的軸上，能夠隨意改變方位。散射電流取決于四個因素：轟擊電流、方位、散射角和轟擊

6、電壓。已知散射電流與轟擊電流之間有簡單的正比關(guān)系，實驗重要考察散射電流跟后面三項的關(guān)系。他們做了大量的測試工作。他們綜合幾十組曲線，肯定這是束打到鎳晶體發(fā)生的衍射現(xiàn)象。于是，他們進(jìn)一步作定量比較。然而，不同加速電壓下，束的最大值所在的散射角，總與德布羅意公式計算的結(jié)果相差一些。他們發(fā)現(xiàn)，假如用理論值乘0.7，與衍射角基本相符。文章發(fā)表不久，依卡特Eckart指出，這是在晶體中的折射率不同所致。戴維森繼續(xù)試驗，發(fā)現(xiàn)隨著轟擊電壓增長，偏差越來越小。根據(jù)戴維森的，貝特Bethe推算出金屬外表存在內(nèi)電勢鎳約有15 V。這樣，戴維森就全面證明了波的存在。假如說，戴維森是從偶爾的發(fā)現(xiàn)中捉住了新的事物，針對

7、解釋不了的實驗結(jié)果進(jìn)行了艱辛的研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)和證明衍射現(xiàn)象的，那么，G.P.湯姆孫則是從一開始就捉住了這個主題，比較順利地到達(dá)了預(yù)定目的。1922 年，30歲的G.P.湯姆孫成為阿伯登Aberdeen的天然哲學(xué)教授。在那里，他繼續(xù)做他父親一直從事的正射線的研究工作，所用實驗裝配重要是真空設(shè)備和。1924年德布羅意第一篇關(guān)于物質(zhì)波的論文在（哲學(xué)雜志）上發(fā)表時，他就對之深為欣賞，并于1925年也向（哲學(xué)雜志）投稿，討論德布羅意的理論。1926年8月英國科學(xué)促進(jìn)會對這個問題的討論，使他也想到正射線有可能產(chǎn)生衍射效應(yīng)。有一天，他到卡文迪什實驗室，看到氦對的散射，當(dāng)時誤以為這就是衍射。G.P.湯姆孫回到

8、阿伯登，就布置一位研究生雷德A.Reid用賽璐珞薄膜做這個課題。他們做這項工作很容易，由于他們的正射線散射實驗已經(jīng)做了好幾年，只要將感應(yīng)圈的極性反接，雷德立即得到了邊沿模糊的暈圈照片。于是，G.P.湯姆孫和雷德的短訊發(fā)表于（天然）雜志1927 年6月18日刊上，僅次于戴維森兩個月。為了說明觀察到的現(xiàn)象恰是衍射，而不是由于高速碰撞產(chǎn)生的X射線衍射，G.P.湯姆孫用磁場將束偏向一方，發(fā)現(xiàn)整個圖像平移，保留原來的花樣。由此肯定是帶電粒子的射線，而不是X射線。接著，G.P.湯姆孫和他的同事對高速衍射進(jìn)行了一系列的實驗實驗裝配原理如圖372，靶子材料改用鋁、金、鉑等金屬材料。由于當(dāng)時他們還沒有把握真空濺

9、射和鍍膜技術(shù)，要厚度只要10-6cm的薄膜是非常困難的。G.P.湯姆孫在他的正式論文中公布：他得到的衍射圖形與X射線“粉末法所得圖形非常類似。這些圖形的大小與德布羅意波動力學(xué)理論估計的結(jié)果在5%的范圍內(nèi)相符。后來，戴維森和G.P.湯姆孫的衍射實驗分別發(fā)展成為低能衍射技術(shù)LEED和反射式高能衍射技術(shù)RHEED，在外表物理學(xué)中有廣泛應(yīng)用。1929年1930年冬，湯姆孫作為“非常任講師訪問了紐約伊薩卡的康奈爾。1930年被任命為倫敦帝國學(xué)院教授，一直任職到1952年，此后擔(dān)任劍橋神學(xué)院院長，1962年退休。在帝國學(xué)院期間，G.P. 湯姆孫對核物理發(fā)生了興趣。當(dāng)1939年初公布重核裂變的發(fā)現(xiàn)時，他留意

10、到了這個發(fā)如今事方面和其他方面應(yīng)用的可能性，就建議英國空部一噸氧化鈾來作實驗。戰(zhàn)斗爆發(fā)時，這些實驗尚未完成。此時G.P.湯姆孫回到皇家航空研究院從事一系列事課題的研究，包含磁性的研究。一年以后，他擔(dān)任了為原而成立的委員會。1941年該委員會報告說原是可能的，G.P.湯姆孫被受權(quán)向美國科學(xué)家通報了這一結(jié)果。第二年，G.P. 湯姆孫在渥太華任科絡(luò)處的官員，同美國原計劃堅持著親密聯(lián)絡(luò)。他返回英國后，被委任為無線電廣播協(xié)會副，后來又擔(dān)任空部的科學(xué)參謀。戰(zhàn)后他回到帝國學(xué)院工作，1946年初開始對氘產(chǎn)生核動力的可能性發(fā)生了興趣。在帝國學(xué)院，在維爾Ware博士指點(diǎn)下開始了這方面的一些實驗，G.P.湯姆孫的研究是理論性的。后來因保密的需要，這項研究轉(zhuǎn)交給奧爾德馬斯頓聯(lián)合研究實驗室，G.P.湯姆孫繼續(xù)擔(dān)任參謀。 瀏覽 242贊 52時間 2024-12-10