Эффект Рамзауэра

Эффе́кт Рамза́уэра (известен также как эффе́кт Рамза́уэра — Та́унсенда) — явление аномально слабого рассеяния медленных электронов атомами нейтральных газов. Впервые наблюдался в 1921 немецким физиком Карлом Рамзауэром при изучении рассеяния электронов в аргоне, а позже эффект наблюдался и в других веществах.

Условие аномально большого тока (сверху). Атом показан желтым цветом, траектория электрона — черная линия. Типичная ВАХ для аргона (снизу)

Эффект не может быть описан с точки зрения классической механики, поэтому его открытие сыграло важную роль при становлении квантовой механики.

История открытия

Эффект открыт К. Рамзауэром в 1921 году^[1] в результате изучения рассеяния электронов в газообразном аргоне. Им исследовалась зависимость сечения упругого рассеяния электрона в зависимости от его энергии. При уменьшении энергии в соответствии с классической механикой сечение должно возрастать, однако, в проведённом эксперименте при энергиях электронов меньших 16 эВ наблюдалось уменьшение сечения практически до нуля с минимумом, достигаемым при энергии порядка 1 эВ^[2].

Независимо этот же эффект в то же время наблюдался Д. Таунсендом^[3].

Позднее аналогичные наблюдения были сделаны и для некоторых других тяжёлых газов. Эффект также был косвенно подтверждён в опытах по измерению подвижности электронов в нейтральных газах^[4].

Объяснение эффекта

Качественное объяснение

Эффект, обнаруженный Рамзауэром, не мог быть объяснён в рамках классической физики и получил своё объяснение только в квантовой механике после введения гипотезы де Бройля^[2]. В соответствии с этой гипотезой электрон обладает волновыми свойствами. В этом случае эффект Рамзауэра аналогичен эффекту пятна Пуассона в оптике. Роль «экрана» для электрона играет атом. Если длина волны де Бройля электрона сравнима с размером атома, то в результате дифракции электрона за атомом возникает максимум электронной волны — электрон «огибает» атом без рассеяния на нём.

Простой теоретический подсчет, предложенный Дэвидом Бомом, заменяет атом на потенциальную яму.

Более сложные подсчёты включают релятивизм электрона, электрон-электронное взаимодействие и спин-поляризационные эффекты.

См. также

• Опыт Дэвиссона — Джермера

Примечания

1. Carl Ramsauer. Über den Wirkungsquerschnitt der Gasmoleküle gegenüber langsamen Elektronen (нем.) // Annalen der Physik. — 1921. — Bd. 4, Nr. 64. — S. 513—540.
2. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Раздел 2.2. Экспериментальные подтверждения гипотезы де Бройля // Квантовая физика. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — Т. 5. — 496 с. — 3000 экз. — ISBN 5-7038-2797-3. Архивировано 26 апреля 2009 года.Архивная копия от 26 апреля 2009 на Wayback Machine
3. Bailey, V. A. and Townsend, J. S. The motion of electrons in gases (англ.) // Philosophical Magazine. — 1921. — Vol. 6, no. 42. — P. 873—891.
4. Рамзауэра эффект — статья из Большой советской энциклопедии.