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冉绍尔-汤森效应实验

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设?为电子的波函数,V(r)为电子与原子之间的相互作用势。理论计算表明,只要

V(r)取得适当,那么在边条件:

??r???e??ikzeikz?f???(k?2mE/h2) (1)

r下求解薛定谔方程:

?h22????V(r)????E??2m? (2)

是可以给出与实验曲线相吻合的Q?F(V)理论曲线的。对于氙,氪,氩原子来说,的确能够得到在1eV附近,散射截面取极小值的结果。

将所设的V(r)代入薛定谔方程,看能否对冉绍尔曲线做解释。把惰性气体的势场看成是一个三维方势阱,则可以定性地说明冉绍尔曲线的形状。

三维方势阱由下式表示

??V,r?a?0V(r)???0,r?a? (3)

因为V(r)只与电子和原子之间的相对位置有关而与角度无关,所以V(r)为中心力场。对于中心力场,波函数可以表示为具有不同角动量l的各入射波与出射波的相干叠加。对于每一个l——称为一个分波,中心力场V(r)的作用是使它的径向部分产生一个相移,而总散射截面为:

4?Q?2k?(2l?1)sin?I?0?l (4)

计算总散射截面的问题归结为计算各分波的相移?l。?l可以通过解径向方程:

1d?2d??2l(l?1)?rR?k??U(r)Rl?0??l22??rdr?dr??r? (5)

求出

??Rl?kr??? 其中

1l???sin?kr???l?kr?2? (6)

k2?2mE/?2,U(r)?2mV(r)/?,l?0,1,2,… (7)

对于低能的情况,即ka??1时,高l分波的贡献很小,可以只计算l?0的分波的相移

2?0。此时式(4)变为:

Q0?4?2sin?02k (8)

可看出,对于非零的k,当?0??时,Q0?0,这就是说,当l?0的分波过零而高、分波的截面Q1,Q2,…又非常小时,总散射截面就可能显示出一个极小值。另一方面,解

l?0时的方程(6)可以得到使?0??的条件为:

tg(k?a)?k?a (9)

其中k??2m(E?V0)/?2。由此可见,调整势阱参数V0和a,可以使入射粒子能量

为1eV时散射截面出现一个极小值,即出现共振透射现象。而当能量逐渐增大时,高l分波的贡献便成为不可忽略的,在这种情况下需要解l?0时的方程(6)。各l分波相移的总和使Q值不再出现类似一维情形的周期下降,这样三维方势阱模型定性的说明了冉绍尔曲线。 【参考文献】

胡永茂; 张桂樯; 李汝恒; 陈丽; 张学清,氙原子散射截面反常现象的观测分析 ,2008年

戴道宣; 戴乐山,《近代物理实验》,高等教育出版社,2006年7月,第二版 百度

冉绍尔-汤森效应实验

设?为电子的波函数,V(r)为电子与原子之间的相互作用势。理论计算表明,只要V(r)取得适当,那么在边条件:??r???e??ikzeikz?f???(k?2mE/h2)(1)r下求解薛定谔方程:?h22????V(r)????E??2m?
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