Эффект Комптона

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭФФЕКТ КОМПТОНА

Канарёв Ф.М.

Анонс

Эффект Комптона - самый надёжный и самый точный источник экспериментальной информации о главном параметре электрона - его радиусе.

Известен факт увеличения длины волны отраженных фотонов. Наиболее надежно и точно он фиксируется в эффекте Комптона. При этом, в соответствии с законом локализации фотонов , масса отраженных фотонов уменьшается. Это однозначно свидетельствует о потере массы, а значит - и энергии фотоном [1]. Если владелец потерянной массы остаётся неизвестным, то эффект Комптона становится ярким доказательством нарушения закона сохранения энергии и этот факт невозможно опровергнуть никакими косвенными экспериментами, доказывающими обратное [2].

Мы уже отметили, что дисбаланс масс ядер при их синтезе объясняется излучением гамма фотонов протонами. Что же касается причины дисбаланса масс фотонов в эффекте Комптона, то этот вопрос не ставился. Поэтому поставим его и попытаемся найти ответ или, в крайнем случае, сформулировать гипотезу о судьбе массы, теряемой отраженным фотоном.

На рис. 1 показана схема экспериментальной установки для изучения эффекта Комптона, а на рис. 2 - схема изменения длины волны отраженных фотонов при изменении угла . В эксперименте использовались рентгеновские фотоны с длиной волны [2].

Рис. 1. Схема для изучения эффекта Комптона: 1-рентгеновская трубка; 2-свинцовые экраны с прорезями; 3-фотопленка

Как видно (рис. 2), при увеличении угла рассеяния интенсивность несмещенной линии падает, а интенсивность смещенной линии возрастает. Чтобы найти математическую модель, описывающую изменение длины волны отраженного фотона, надо знать, прежде всего, геометрические параметры взаимодействующих объектов - рентгеновских фотонов и электронов [1].

Известно, что длина волны рентгеновского фотона равна радиусу его вращения и изменяется в интервале . Длина волны, а значит и радиус свободного электрона равны , то есть радиус свободного электрона - в интервале изменения радиусов рентгеновских фотонов.

Конечно, при энергетических переходах электрона в атоме длина его волны (радиуса) изменяется. Однако эти изменения у поверхностных электронов настолько незначительны, что в данном случае ими можно пренебречь. Сравнивая длину волны рентгеновского фотона, использованного в эксперименте, и длину волны электрона , видим их близкие значения.

Рис. 2. Схема изменения длины волны отраженных фотонов от угла

На рис. 3 приведены спектры ( и ), рассеянные под одним и тем же углом различными веществами. Главный вывод, который следует из этого рисунка, при возрастании атомного номера химического элемента вещества интенсивность несмещенной линии P возрастает, а интенсивность смещенной линии M падает. Так, у лития (Li) максимальная интенсивность излучения состоит из смещенной М составляющей, а у меди (Cu) наоборот, интенсивность несмещенной линии P значительнее интенсивности смещенной линии M.

А теперь попытаемся найти ответ на вопрос: почему интенсивность смещённой линии падает с увеличением номера химического элемента (рис. 3)?

Рис. 3. Эффект Комптона на радиаторах различной Природы

Ответ на этот вопрос следует из рис. 4, где показан атом лития и его ядро N. Нетрудно видеть, что поверхность такого атома почти пуста и у рентгеновских фотонов имеется возможность взаимодействовать с отдельными электронами.

При увеличении номера химического элемента увеличивается заполнение поверхностей атомов электронами, что затрудняет взаимодействие рентгеновских фотонов с отдельными электронами. В результате интенсивность смещенной линии (рис. 3) уменьшается.

Рис. 4. Схема молекулы лития

Если представить атом меди, ядро которого показано на рис. 5, a, то его поверхность заполнена электронами полнее (рис. 5, b), что затрудняет взаимодействие рентгеновских фотонов с отдельными электронами и интенсивность смещенной линии уменьшается, что и наблюдается на рис. 3.

аб

Рис. 5. (a - модель ядра атома меди; (b) - озможная архитектоника поверхности многоэлектронного атома

У нас есть основания представить поверхность многоэлектронного атома в виде одуванчика (рис. 5, b). Тогда поверхность такого атома, заполненная электронами, будет близка к сферической, когда он находится в невозбуждённом состоянии. Когда же один из его электронов поглощает фотон, то энергия связи такого электрона с ядром уменьшается, в результате он удаляется от ядра и от общей сферической поверхности атома. В таком состоянии он становится активным - готовым вступить в связь с аналогичным электроном другого атома. Так образуется молекула [1], [2].

Конечно, соединение произойдёт лишь с тем электроном соседнего атома, который будет удалён от его поверхности и у которого свободным будет противоположный магнитный полюс. Указанные два электрона и являются валентными электронами.

Таким образом, сравнивая поверхности атома лития (рис. 4) и атома меди (рис. 5, b), видим значительную возможность рентгеновских фотонов взаимодействовать индивидуально с электронами атома лития и меньшую - с электронами атома меди. Экспериментальные данные, представленные на рис. 3, убедительно подтверждают это.

А теперь проверим реализацию закона сохранения энергии в эффекте Комптона. Из формулы (1) следует, что изменение длины волны отраженного фотона зависит от угла (рис. 1, 2).

(1)

где - длина волны (радиус) электрона.

В соответствии с константой локализации фотона при увеличении длины волны фотона уменьшается его масса , поэтому мы можем вычислить массу, потерянную рентгеновским фотоном при отражении. Для этого вначале выведем аналитически формулу (1) из схемы взаимодействия кольцевых моделей фотона и электрона (рис. 6) [1].

Импульс падающего на электрон фотона и импульс отраженного от электрона фотона связаны простой зависимостью (рис. 6)

(2)

После взаимодействия фотона с электроном его импульс изменится на величину

. (3)

Рис. 6. Схема взаимодействия фотона с электроном в эффекте Комптона

Поскольку и , то

(4)

Известно, что эффект Комптона проявляется при взаимодействии между электронами и рентгеновскими фотонами. Это обусловлено тем, что они имеют близкие по величине радиусы, поэтому у нас есть основания обозначить . Полагая также, что , имеем [1]

(5)

Это и есть формула Комптона для расчета изменения длины волны отраженного рентгеновского фотона, которую он подобрал эмпирически в 1922 году и использовал при интерпретации результатов своего эксперимента.

Обозначая массу фотона до отражения через , а после отражения - через и учитывая, что

, (6)

найдём , (7)

или . (8)

Если , то

. (9)

Длина волны рентгеновских фотонов, использованных в эксперименте, . Константа локализации позволяет определить их массу

. (10)

Поскольку угол может изменяться в интервале , то для расчётов возьмём его среднее значение . Тогда

. (11)

Таким образом, рентгеновский фотон, взаимодействуя с электроном под углом , потерял

(12)

своей массы. Тем не менее, если бы из потерянной массы сформировался фотон, то он имел бы радиус

(13)

Как видно, масса (11), потерянная отражённым рентгеновским фотоном, эквивалентна массе рентгеновского фотона (табл. 1) [1].

Таблица 1 - Диапазоны изменения длины волны и массы электромагнитных излучений

Сразу возникает вопрос: куда девалась масса, потерянная отражённым рентгеновским фотоном, если она не сформировалась в соответствующий фотон? Конечно, если бы она сформировалась в соответствующий фотон, то приборы обязательно зарегистрировали бы его. Однако чёткой информации об этом нет, поэтому у нас появляются веские основания полагать, что масса, потерянная отражённым фотоном, не оформившись ни в какую частицу, растворилась в пространстве, приняв форму и свойства эфира. В результате закон сохранения энергии не соблюдается.

Установлено, что эффект Комптона надёжно регистрируется лишь при использовании рентгеновских фотонов. Причина - близость размеров рентгеновского фотона и электрона. При отражении фотонов размерами больше рентгеновских, как сообщается, эффект Комптона не регистрируется. Но это, по-видимому, результат отсутствия метода такой регистрации. Тут уместно привести такой пример. Если считать, что ультрафиолетовые, световые и инфракрасные фотоны, тоже теряют энергию при отражениях, тогда согласно формуле (11) самый большой по размеру, но самый маленький по массе, реликтовый фотон потеряет при отражении массу

. (14)

Так как реликтовый фотон с является предельным (фотоны с меньшей массой не существуют, табл. 3), то фотоны с массой не формируются. Электромагнитная субстанция, представляющая эту массу, не оформившись в фотон, растворяется в пространстве, превращаясь в эфир.

Заключение

фотон комптон электрон энергия

Таким образом, есть все основания поставить под сомнение результаты ряда косвенных экспериментов, доказывающих, что закон сохранения энергии при эффекте Комптона соблюдается [1], [2].

Литература

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. 15-е издание. http://www.micro-world.su/

2. Э.В. Шпольский. Атомная Физика. Том 1. М. 1963. 575с.

Размещено на Allbest.ru