О чём свидетельствует зондирование атомов электронами.

Хорошо известно, что, при прохождении пучка электронов через вещество, число электронов в пучке убывает по двум главным причинам: из-за упругого рассеяния электронов на частицах вещества, а также из-за их неупругого рассеяния, при котором электроны теряют энергию на возбуждение и ионизацию атомов. Ещё в 1903 г. Ленард сообщил, что интенсивность пучка электронов в газах уменьшается по экспоненциальному закону:

N (x)/ N ₀ = exp {-gx}, (9)

где N ₀ - интенсивность исходного пучка, x - пройденное расстояние в веществе, g - коэффициент с размерностью обратной длины, который можно трактовать как сумму эффективных сечений рассеивающих центров в единице объёма (при попадании в одно такое сечение, электрон гарантированно выводится из пучка) (см., например, [5]). Считается, что для электронов «с энергиями в интервале 10⁴-10⁷ эВ… отклонение электронов почти полностью обусловлено упругими соударениями с атомными ядрами, в то время как потери энергии… происходят вследствие взаимодействия с электронами атомов» [10].

Если согласиться с тем, что происходят «упругие соударения электронов с ядрами», то придётся признать два сопутствующих чуда. Первое чудо заключается в том, что «упругие соударения» электронов с ядрами возможны, если электроны отталкиваются ядрами, а вовсе не притягиваются, как это полагается при кулоновском взаимодействии зарядов противоположного знака. Поразительным образом, угловые распределения упруго рассеянных электронов [11] тоже свидетельствуют о том, что происходит их отталкивание от рассеивающих препятствий, а не притяжение к ним. Речь о том, что эти угловые распределения содержат значимые количества рассеяний в обратную полусферу, вплоть до углов рассеяния 150^о (провести измерения на углах, более близких к 180^о, сложно технически). Обратное рассеяние легко объясняется как результат отскока от отталкивающего препятствия – например, от сферы непроницаемости – но в случае притягивающего центра придётся допустить, что электрон должен огибать его, набирая угол поворота вплоть до 180^о. Выше уже отмечалось, что на такие развороты никак не способны электроны с энергиями в несколько десятков эВ – хотя и для таких электронов обратное рассеяние имеет место [11]. Заметим, что теоретики нашли способ уйти от ответа на вопрос о том, притягивающее или отталкивающее действие на электрон оказывает рассеивающий центр. Применительно к угловым распределениям, говорят о «дифракции электронных волн на сферически симметричных рассеивающих атомах» [11]. При таком подходе, действительно, можно забыть про то, что электроны несут электрический заряд. Но даже такой подход не решает проблему. Во-первых, на основе экспериментальных угловых распределений [11], вывод о том, что волновые представления «в основном правильны» [11], на наш взгляд, весьма спорен. Во-вторых, волновая теория не объясняет уменьшение сечения упругого рассеяния при увеличении энергии электронов (см. ниже).

Второе чудо, при допущении упругого рассеяния электронов на ядрах (размеры которых не зависят от энергии электронов), заключается в том, что сечение этого упругого рассеяния – которое как раз и характеризует размер рассеивающего препятствия – зависит от энергии электронов, и весьма сильно. Следует иметь в виду, что «если энергия падающего электрона меньше минимальной энергии возбуждения частиц газа (10.2 эВ для атома водорода и 19.7 эВ для гелия), то полное сечение столкновения совпадает с полным сечением упругого рассеяния. Для энергий электрона больше порога возбуждения полное сечение включает в себя вклады от неупругих столкновений» [12]. И вот, для подавляющего большинства химических элементов наблюдается следующее. При энергии электрона в несколько эВ, радиус сечения его упругого рассеяния близок к радиусу атома, а по мере увеличения энергии электрона, этот радиус уменьшается – вплоть до значений, близких к расстояниям от ядра у самых сильно связанных электронов; проиллюстрируем это. Как уже отмечалось выше, по мере увеличения энергии налетающих электронов происходит наиболее вероятное воздействие на всё более глубокие атомарные электроны. При этом становятся всё меньше как сечения возбуждения-ионизации, так и сечение упругого рассеяния. Чтобы оценить сечение упругого рассеяния по данным о полном сечении рассеяния, следует оценить долю неупругих вкладов в полное сечение. В таблице приведены некоторые

 

	Сечение возбуждения, см2	Сечение ионизации, см2	Полное сечение, см2
He	4.8×10-17 [11]	3.6×10-17 [13]	1.2×10-16 [11]
Ar		2.8×10-16 [13]	6.2×10-16 [11]
Kr		4.1×10-16 [13]	7.0×10-16 [11]

 

экспериментальные данные для сечений взаимодействий в инертных газах при энергии налетающих электронов в 100 эВ. Для гелия приведено суммарное сечение возбуждения на 15 различных уровней. Как можно видеть, сечения возбуждения и ионизации примерно одинаковы, и в сумме они дают доминирующий вклад в полное сечение. В качестве грубой оценки примем, что, начиная с энергии электронов в несколько десятков эВ, сечение упругого рассеяния меньше полного сечения на два порядка. Тогда радиус сечения упругого рассеяния должен быть на порядок меньше радиуса полного сечения. На диаграмме (Рис.3)

 

Рис.3

 

приведены рассчитанные таким образом радиусы сечения упругого рассеяния (точки) – на основе экспериментальных данных [5] о полном сечении. Приведена также теоретическая зависимость (линия) расстояния R от ядра у атомарных электронов, как функция их энергии связи E _св – на основе выражения (см. [2])

R = hK / 4 E _св, (10)

где h - постоянная Планка, K =7×10⁵ м/с – скорость Козырева. Как можно видеть на Рис.3, результирующий радиус сечения упругого рассеяния систематически больше, чем расстояние соответствующего атомарного электрона от ядра – т.е. по нашей логике, он систематически больше радиуса соответствующей сферы непроницаемости. Ввиду скудости доступных нам экспериментальных данных, мы затрудняемся прокомментировать это расхождение между теоретической и экспериментальной зависимостями. Впрочем, эти две зависимости имеют почти одинаковые тренды (в логарифмическом масштабе!) – поэтому мы не сильно ошибёмся, если на основе приведённых данных сделаем вывод о том, что и здесь работает модель рассеяния электронов на сферах непроницаемости в атомах.

Добавим, что не выдерживает критики традиционное объяснение уменьшения сечения упругого рассеяния электронов при увеличении их энергии – которое апеллирует к соответствующему уменьшению их дебройлевской длины волны. Нас уверяют, что электроны – а, значит, и электронные волны – рассеиваются в атомах на ядрах, размеры которых одни и те же. При энергии электрона в несколько эВ, дебройлевская длина волны сопоставима с размером атома, и эта волна «не чувствует» ядро, т.е. препятствие с характерным размером на 5 порядков меньше. При энергии же электрона в сотню кэВ, дебройлевская длина волны составляет ~10^-12 м. Это меньше размера атома, но всё равно больше размера ядра на три порядка. Налицо ничтожность, по сравнению с длиной волны, размера препятствия – откуда же здесь быть рассеянию? Более того: теория волн гласит, что, при одних и тех же размерах препятствий, длинные волны рассеиваются меньше, чем короткие. Но если интерпретировать рассеяние электронов в терминах волн, то меньшее рассеяние более длинных электронных волн наблюдается лишь в некоторых инертных газах (Ar, Kr, Xe) в узком диапазоне энергий E ₀ электронов, 1 эВ £ E ₀ £ 10 эВ (вблизи области эффекта Рамзауэра [11]) – а в огромном диапазоне энергий, E ₀ > 15 эВ, наблюдается меньшее рассеяние более коротких волн. Поэтому, на наш взгляд, некорректно говорить об эффекте Рамзауэра как о блестящем подтверждении волновой теории вещества. Ведь при этом умалчивается о том, что эффект Рамзауэра является жалким исключением из правила – по которому «электронные волны» ведут себя противоположно тому, как предсказывает волновая теория. Мы усматриваем здесь ещё одно свидетельство о том, что электроны волновыми свойствами не обладают [14].

 

Заключение.

Как мы постарались показать, модель электронных сфер непроницаемости в атомах даёт разумные объяснения явлениям при генерации рентгеновского излучения и при зондировании атомов электронами.

Не следует рассматривать модель сфер непроницаемости как возврат к механистической картине мироздания. По логике «цифрового» физического мира, непроницаемость этих сфер обусловлена не механическими свойствами, а программными предписаниями.

В заключение отметим, что мы рассмотрели проявления феномена сфер непроницаемости только при столкновениях электронов с атомами. Логично допустить, что этот феномен проявляется и при столкновениях атомов друг с другом: по мере увеличения энергии столкновения, атомы «стукаются» всё более глубокими электронными сферами непроницаемости.

 

 

Ссылки.

 

1. А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир», 2010.

2. А.А.Гришаев. Автономные превращения энергии квантовых пульсаторов – фундамент закона сохранения энергии.

3. А.А.Гришаев. Простая универсальная модель ядерных сил.

4. А.А.Гришаев. Нейтрон: структурная связь на приросте масс.

5. Э.В.Шпольский. Атомная физика, т.1. «Наука», М., 1974.

6. А.А.Гришаев. Зарядовые разбалансы – отличительный признак валентных электронов.

7. А.А.Гришаев. Новый взгляд на химическую связь и на парадоксы молекулярных спектров.

8. Д.Д.Странатан. «Частицы» в современной физике. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М.-Л., 1949.

9. М.А.Блохин. Физика рентгеновских лучей. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М., 1957.

10. Г.Кноп, В.Пауль. Взаимодействие электронов и a-частиц с веществом. В кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, т.1. Пер. с англ. под ред. К.Зигбана. М., «Атомиздат», 1969.

11. Г.Месси, Е.Бархоп. Электронные и ионные столкновения. «Изд-во иностранной литературы», М., 1958.

12. Б.Моисейвич. Упругое рассеяние электронов. В: «Атомные и молекулярные процессы», под ред. Д.Бейтса. «Мир», М., 1964.

13. Физические величины. Справочник. Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. «Энергоатомиздат», М., 1991.

14. А.А.Гришаев. О так называемой дифракции медленных электронов.

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: