Принято считать, что дифракционные картины от электромагнитных волн (ЭМВ) и электронов подобны.

Я выполнил серию экспериментов, направленных на то, чтобы показать, что периодичность полос дифракционной картины электронов определяется периодичностью расположения рассеивающих центров дифракционной решётки в комбинации с предполагаемым характером пространственной структуры электрона как системы периодических пространственно-концентрических оболочек упругости. Я начал с экспериментов дифракции ЭМВ и электронов на резкой границе непрозрачной полуплоскости. Эта простая рассеивающая структура позволила мне обнаружить различие между переизлучательным механизмом волновой интерференции ЭМВ и рикошетным рассеянием электронов на границе полуплоскости. Затем я провёл опыты рассеяния на более сложных объектах, проходя шаг за шагом от единичной границы до пары границ (одна щель) и затем до четырёх границ (две щели). Таким образом я добился успеха в интерпретации двухщелевой дифракции (4 резких границы) в терминах рассеяния на одиночной границе.

В пользу упруго-корпускулярного механизма рассеяния электронов говорят следующие выполненные мной эксперименты. Смещение одной полуплоскости щели вдоль направления электронного потока на полдлины волны практически не влияет на картину рассеяния электронов, в то время как интерференционная картина ЭМВ в аналогичном случае изменяется от "позитивной" на негативную. Напротив, нагревание щелей размывает и уширяет картину рассеяния электронов, но практически не влияет на аналогичное воздействие на ЭМВ.

Я достиг успеха так же в наблюдениях траекторий рассеянных электронов. Обустроив края щелей полупроводниковыми датчиками, я зарегистрировал акт прохождения электрона через щель, измеряя одновременно более слабый сигнал на другой щели. Техника такого наблюдения факта пролёта электрона через щель показала, что "интерференционная" картина при этом не разрушается. Закрывая одну щель прозрачной для ЭМВ диэлектрической заглушкой, я обнаружил, что дифракционная картина под этой щелью исчезает, в то время как дифракционная картина под открытой щелью остаётся такой же, какой была при двух открытых щелях. Этот опыт указывает на то, что электрон интерферирует со своей электромагнитной частью, проходящей через закрытую прозрачным диэлектриком щель.

1. Цель исследования

Со времён экспериментов Томсона [1] и Дэвиссона и Джермера [2] установилось общее

убеждение, что частицы во многих отношениях дифрагируют так же, как электромагнитные волны (ЭМВ). Свойства волн включают, наряду с другими, переизлучение рассеивающими центрами и интерференцию. Особенными же чертами для частиц является отскок от рассеивающих центров и движение вдоль траекторий. Интерференционная картина волн обычно выглядит как серия боковых интерференционных полос. Похожую форму имеет распределение электронов после их рассеяния на кристаллической решётке.

Возникает вопрос, в какой степени периодичность рассеяния электронов может определяться периодичностью структуры рассеивающего кристалла. Чтобы проверить это предположение, я выполнил эксперименты по рассеянию ЭМВ и электронов на простых конфигурациях (на примитивных дифракционных решётках). Кроме того, я оборудовал рассеивающие границы детекторами, которые позволили мне определить координаты электронов на щелях, не разрушая их дальнейшего равномерного движения. Полученные данные показывают, что похожесть между поведением электронов и волн несколько преувеличено. Целью работы является выяснение масштабов этого преувеличения.

2. Дифракция-переизлучение электромагнитных волн и неволновой механизм рассеяния электронов на полуплоскости (на одной резкой прямолинейной границе)

Я заподозрил, что причиной похожести картин рассеяния электронов и ЭМВ является сложность конфигурации рассеивателей, которые использовали в опытах на электронах Дж. Томсон и К. Дэвиссон & Л. Джермер; а позже − и другие авторы. Чтобы избавиться от артефактов сложной периодичности рассеивателя, я решил сравнить дифракционную картину от ЭМВ с аналогичной картиной рассеяния электронов, получаемых на самом "простом" унитарном рассеивателе. Таковым является резкая граница непрозрачной полуплоскости (см. рис.1). Дифракционная картина рассеяния ЭМВ хорошо изучена теоретически и экспериментально. Её главные черты представлены на рис.1, взятом из [4].

Все уникальные отличительные черты рассеяния ЭМВ (рис.1) и электронов (рис.2) сохраняются в опыте неискажёнными потому, что получаются от единичной резкой рассеивающей границы. Картину рассеяния первичного потока ЭМВ определяет симметрия углового спектра переизлучения света линейной границей: влево от границы, в зону "света", и вправо, в зону тени, под полуплоскость (рис.1). В случае ЭМВ и опыт, и теория указывают, что первичный поток, например, EY- поляризованных ЭМВ, возбуждает всю Y-границу полуплоскости Σ1 как светящуюся нить. Эффект свечения "нити" наблюдается на ЭМВ под полуплоскостью в интервале толщин границы 0<Δh<5λ.

В результате свет переизлучается из фазовых центров границы в форме углового спектра вторичных ЭМВ цилиндрической симметрии на частоте первичного источника света [3].

Рис.1. Дифракция (согласно [4]) нормально падающей электромагнитной волны (ЭМВ) на идеально проводящую полуплоскость Σ1 с "нулевой" толщиной (Δh→0). (при Z12=3λ). Расстояние от Σ1 до фиксирующего экрана Σ2 равно Z12=3λ. Рассеивающая граница параллельна Y-оси, которая перпендикулярна плоскости рисунка. Область +X/λ − зона тени под полуплоскостью, где нет прямой ЭМВ, |ЕYо|=0, и присутствует только правая часть распределения (2r) дифрагированной (переизлучённой) границей ЭМВ. Область −X/λ − не укрытая экраном Σ1 зона света, где интерференционная сумма (3) состоит из первичного потока ЭМВ (1) и переизлучённого (2l) потока света, дифрагированного границей

формате PDF (407Кб)