Эфект Рамзаўэра

Эфе́кт Рамза́ўэра (вядомы таксама як эфект Рамзаўэра — Таўнсенда) — з’ява анамальна слабага рассеяння павольных электронаў атамамі нейтральных газаў. Упершыню назіраўся ў 1921 г. нямецкім фізікам Карлам Рамзаўэрам^[en] пры вывучэнні рассеяння электронаў у аргоне, а пазней эфект назіраўся і ў іншых рэчывах.

Умова анамальна вялікага току (зверху). Атам паказаны жоўтым колерам, траекторыя электрона — чорная лінія. Тыповая ВАХ для аргону (знізу)

Эфект не можа быць апісаны з пункту гледжання класічнай механікі, таму яго адкрыццё адыграла важную ролю пры станаўленні квантавай механікі.

Калі электрон пралятае на некаторай адлегласці ад атама, то кулонаўскія сілы адхіляюць яго ад першапачатковага напрамку, пры гэтым з памяншэннем скорасці (энергіі) электрона адхіленне будзе ўзрастаць, бо павольныя электроны даўжэй знаходзяцца паблізу атама, што прыводзіць да больш эфектыўнага іх узаемадзеяння.

Пры праходжанні пучка электронаў праз газ пучок будзе рассейвацца, прычым для большасці атамаў і малекул эфектыўнае сячэнне рассеяння (адносіна патоку рассеяных часціц да шчыльнасці патоку падаючых), як і павінна быць па класічных уяўленнях, манатонна меншае з павелічэннем энергіі электронаў у пучку^[1].

Аднак для некаторых інертных газаў (напрыклад, для крыптону) на гэты плаўны ход накладваецца рэзкі правал. Пры некаторай крытычнай энергіі рассейванне практычна знікае, таму электроны праходзяць праз газ амаль бесперашкодна. У гэтым і заключаецца эфект Рамзаўэра які рэзка супярэчыць класічнай тэорыі рассейвання. Для тлумачэння дадзенага эфекту спатрэбілася прыцягненне квантавай тэорыі.

Гісторыя адкрыцця

Эфект адкрыты К. Рамзаўэрам у 1921 годзе^[2] ў выніку вывучэння рассеяння электронаў у газападобным аргон. Ім даследавалася залежнасць сячэння пругкага рассеяння электрона ў залежнасці ад яго энергіі. Пры памяншэнні энергіі ў адпаведнасці з класічнай механікай сячэнне павінна ўзрастаць, аднак, у праведзеным эксперыменце пры энергіях электронаў меншых 16 эВ назіралася памяншэнне сячэння практычна да нуля з мінімумам, дасягаемым пры энергіі каля 1 эВ^[3].

Незалежна гэты ж эфект у той жа час назіраў Д. Таўнсенд^[ru][4].

Пазней аналагічныя назіранні былі зробленыя і для некаторых іншых цяжкіх газаў. Эфект таксама быў ускосна пацверджан у доследах па вымярэнні рухомасці электронаў у нейтральных газах^[5].

Тлумачэнне эфекту

Якаснае тлумачэнне

Эфект, выяўлены Рамзаўэрам, не мог быць растлумачаны ў рамках класічнай фізікі і атрымаў сваё тлумачэнне толькі ў квантавай механіцы пасля ўвядзення гіпотэзы дэ Бройля^[3]. У адпаведнасці з гэтай гіпотэзай электрон валодае хвалевымі ўласцівасцямі. У гэтым выпадку эфект Рамзаўэра аналагічны эфекту плямы Пуасона^[ru] ў оптыцы. Ролю «экрана» для электрона іграе атам. Калі даўжыня хвалі дэ Бройля электрона параўнальная з памерам атама, то ў выніку дыфракцыі электрона за атамам ўзнікае максімум электроннай хвалі — электрон «абгінае» атам без рассеяння на ім.

Просты тэарэтычны падлік, прапанаваны Дэвідам Бомам^[ru], замяняе атам на патэнцыяльную яму^[ru].

Больш складаныя падлікі ўключаюць рэлятывізм электрона, электрон-электроннае ўзаемадзеянне і спін-палярызацыйныя эфекты.