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延误8年的实验:电子衍射原因探讨
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2010/12/22 11:38
点击:6377次

 延误8年的一个实验:电子衍射原因探讨

 

有个实验有必要重新提起,就是2003年与湘潭大学合作的电子衍射实验,
这个实验旨在寻找电子衍射现象的原因所在---上帝之手,
因为一直以来很多学者都怀疑是与电子衍射伴生的X射线暗中导演了这一幕,

 

可惜与湘大合作实验的结果令人失望:
当用玻璃把穿过银膜后的衍射电子束遮挡后,示波器上就没有任何显示了(暗室中),
但我是很不甘心,总觉得也许那个荧光屏对X射线并不敏感,但其实对X射线方面的知识很少,
只是按照爱氏光电效应的思路,想当然的认为X射线的能量很高,应该能使荧光物质发光了,

 

后来找到了KD效应这条关键线索,使我又有了些信心,
最近又对阴极射线管(克鲁克斯管)和伦琴发现X光的装置和过程认真看了一下,
也对X射线的观测方法有所了解了,感觉我们当时(8年前)的确是犯了一个致命的初级错误,
一般的示波器只对电子束有反应,对X射线根本就无效,
与湘潭大学重新联系后,他们也同意这种看法,
而且有人专门对他们的设备进行过X射线计量测量,X射线确实不小,
但现在是要观察X射线的衍射环,这就稍微难点了,胶片的曝光时间还难以掌握,
X光CCD相机的价格有点高,所以还要积累资金,有待将来一试,

 

但这条思路确实很重要,已经因为一个初级错误耽搁了8年,
现在想及早提醒各位注意下这个事,有条件的就试一下看,别再耽误了,
有电子衍射仪或透射电镜的都可以试一下,但关键是要有一个有效的X射线观察装置配合,

 

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 [2楼]  作者:杨发成  发表时间: 2010/12/22 16:47 

关于电子的衍射,当电子束射向银箔时,银箔厚度很小,电子在晶格之间的空隙中穿刺,它与晶格侧壁发生碰撞而改变方向,故而形成衍射图样,而与晶格正面撞击的高能电子所激发的X光一般为不成气候的散射,对形成衍射图样没贡献,它不象用X光束做衍射实验。无论是电子的干涉还是衍射,是大量粒子的宏观统计,都证明电子没有波动性。
 [3楼]  作者:张崇安  发表时间: 2010/12/22 18:40 

同意杨发成的观点,电子衍射现象用电子粒群波解释。
[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/22 20:44 

这是最初发现电子衍射现象的装置,看看它与后来的X光管有何不同吗?
不同就在于:电子衍射管中,X光与电子束是一起到达屏幕(或电流计)的,
而X光管中,电子被玻璃窗挡住,X光从窗射出,

 

至于后来的薄膜电子衍射也基本类似,
值得一提的是:伦琴当年使用的正是一种“电子束+铝膜窗”的阴极射线管,
它是在克鲁克斯管基础上发展而来的,也叫勒纳德管,是赫兹指导勒纳德做的,
人类第一次把电子束引出了阴极射线管,但电子束在大气中只能行进数厘米,
伦琴无意间发现距离管子1米远的地方,有个涂有氰亚铂酸钡的纸屏(做另一个实验用的)发出荧光,
于是他移动纸屏,最远到2米处依然可见荧光,
他又试用克鲁克斯管(无窗),电子打在玻璃上后,依然会发出使纸屏发荧光的射线,
我也是反反复复查找了大量历史上的有关资料才明白,不必过于担心会不会“打出”X射线的问题,
(不是说没有这种担心,而是从资料看,不必过于担心,试了才知道)

顺便提一下,伦琴发现:电子与任何物质原子碰撞时,都会发出X射线,
其强度随被碰撞原子的质量递增,显然银原子比铝原子要重不少,

[楼主]  [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/22 21:00 

其实与湘大的最初实验(玻璃遮挡电子束)早已有结果了,
那就是这个X射线管,电子束被玻璃遮挡,而射出的X射线衍射环在窗外就可以观察到了,
但关键的还有一步,就是用磁场使得电子束偏转(碰撞后的电子束),
看看X射线衍射环是否依然存在,因为电子打在玻璃上也会产生X射线,但相对比较弱(容易鉴别),
再看看X射线衍射环与电子衍射环是否基本重合,
值得注意的是:电子衍射与X射线衍射都遵从同样的布拉格衍射角定律,
所以在没有实际的实验前,我们其实已经可以预测出一些东东了?
 [6楼]  作者:张崇安  发表时间: 2010/12/23 05:54 

对【5楼】说:
康普顿散射实验支持X射线是粒子流,不支持介质波。 有人还做了电子的双缝干涉实验,杨兄也得思考啊!
 [7楼]  作者:references  发表时间: 2010/12/23 12:51 

电子的衍射是电子束射向铝箔,在后面产生的环纹,它与X光穿过铝箔后面产生的环纹相似,铝箔的厚度非常小,虽说它是三维材料,但它已接近二维材料了。从高校教材上的说明是电子是穿过铝箔的。楼主提供的两个实验图,原理一样。电子射到“靶子”上,这个“靶子” 就相当于一个X射线发射源,但也有电子散射。如果法拉第桶无盖,探测到有电子和X光,如果有透明盖,探测到的只有X光,这样的实验得不到衍射。若“老代的实验”真是图1那样,说明没有证明电子的衍射。
 [8楼]  作者:杨发成  发表时间: 2010/12/24 11:33 

7 楼的分析有道理,支持!
[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 12:31 

崇安:还是要一步步来嘛,先尽可能简化问题,寻查关键线索?

 

汤姆逊和戴维森同获1937年的诺贝尔奖:发现电子在晶体中的衍射现象,
这个事现在看来很有些蹊跷,
戴维森低能电子束--反射衍射实验(数十伏)结果与物质波预言的波长需要乘以0.7(必须是单晶的某个取向),
汤姆逊高能电子束--透射衍射实验(数万伏)结果与物质波预言的波长却只在“5%的范围内相符”,

 

前者的误差被解释为是晶体对电子束的折射作用,
而后者的误差一般很少提及,更没有查到给出的任何解释,

 

此案的几个重要线索:
“汤姆孙在他的正式论文中宣布:他得到的电子衍射图形与X射线‘粉末法'所得图形非常相似。
这些图形的大小与德布罗意波动力学理论预计的结果在5%的范围内相符。”

 

“为了说明观察到的现象正是电子衍射,而不是由于高速电子碰撞产生的X射线衍射,
汤姆逊用磁场将电子束偏向一方,发现整个图形平移,保留原来的花样,
由此肯定是带电粒子的射线,而不是X射线。”

 

估计汤姆逊使用的荧光屏也是只对电子束发出荧光的,由于当时还没有KD效应的概念,
而且大家都在为证明最时髦的物质波理论而努力,忽略了还要用伦琴的X射线感光屏观测一下?
至于穿过薄膜的电子束是否伴随产生X射线的问题已经彻底解决,
这就是目前很时髦的“X光微聚焦发射管”:

它使用的不是通常的“反射靶”,而是“透射靶”,电子穿过透射靶后被吸收掉,

 

[楼主]  [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 12:40 
[楼主]  [11楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 12:42 

简单的X光实验:

 

伦琴X射线的发现介绍:

 

 [12楼]  作者:杨发成  发表时间: 2010/12/24 13:27 

楼主提供图中的透射靶,是一块透明的不厚的板,这板是接受高能电子而激发X光的,由于X光的方向是任意取向(相对于它的出生点),由于透明板不是一块正方体,又加之电子流区域的物镜孔等因素的反射,X光的出射最大几率也遵守惠更斯包络面原理的统计,图示中是正确的,这个透射与对阴极发射X光是两码事。
[楼主]  [13楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 14:49 

有些东西过于专业,本想也许大家并无兴趣,不过家门如此细致,就贴一下:

“X光微聚焦发射管
X光微聚焦发射管的靶和窗口是一个部件,窗口、靶和电子束在同一条直线上,X光从管的底端射出。透射靶有一层很薄的产生X光的靶材料,溅镀在较厚的散热材料上,散热材料给靶材料提供机械强度。靶上的金属层一般是3-5微米厚,用原子序数高、原子量大的高密度金属,如钨、钼或铜。散热材料是原子序数低、原子量小的金属,如铍或铝,它们不会产生硬X光,它们使穿透靶的电子束能量转变为软X光能量,并把它过滤掉。散热材料也叫X光窗口。”

详细参见:
http://smtchinamag.com/exclusives.asp?id=781
(注意有4页)
或者:
http://www.mysmtchina.com/viewthread.php?tid=8711&extra=page%3D2


另外,那个伦琴发现X光的录像只是个介绍性东东,不是说当时伦琴就是那样发现X光的,
有关伦琴发现X光的过程有各种说法,伦琴自己却很少说起,
但有一点可以肯定:当时他正在用克鲁克斯管和勒纳德管(铝窗)做实验,
验证了电子束穿过“勒纳德铝窗”后,在空气中只能前行数厘米,

物镜孔不会反射电子束,所谓聚焦“物镜”就是一个中空的螺线管,可使电子束变细而已,

 

 

[楼主]  [14楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 15:19 

 [15楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2010/12/24 20:11 

“为了说明观察到的现象正是电子衍射,而不是由于高速电子碰撞产生的X射线衍射,
汤姆逊用磁场将电子束偏向一方,发现整个图形平移,保留原来的花样,
由此肯定是带电粒子的射线,而不是X射线。”

==============================================
我原以为是电子衍射实验所表现的波动性是电子撞上晶格产生的X射线的产生的。
戴维孙-盖格实验,我看就是这样。
既然老杨提到这一点,我就去查查相关能区分X射线衍射和电子衍射的实验。

※※※※※※
天地之道,以阴阳二气造化万物。是故易有太极,是生两仪。两仪生四象,四象生八卦。
 [16楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2010/12/24 20:25 

一般的示波器只对电子束有反应,对X射线根本就无效。
==============================================
示波器的探头应该夹在光电管的输出端吧?
摘录网上一段话:到目前为止,即使是最好的光电探测器,其响应时间也只能达到10^-8秒,它远大于光波的周期。检测X射线的装置也真少啊,只能用晶格去测定期波长。

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 [17楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2010/12/24 20:30 

    实验早已明白无误地证明了是由电子波自身产生的衍射图案,不知还想探讨什么?我从来就没怀疑过这类实验结果的可靠性及电子的波动原理。

※※※※※※
相对论误导科学走邪路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
[楼主]  [18楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 21:40 

对【15楼】说:

能介绍一下“戴维孙-盖格实验”吗?网上没有找到简介,

 

这里不是测量频率或波长,是用荧光显示出衍射环,
一般示波器(电视机)上涂覆的荧光材料只对电子束轰击发出荧光,对X射线没有反应,
以前也不清楚这些,后来才引起注意,专门做了些调查,
目前X射线荧光材料一般是用Gd2O2S(硫氧化钆)和CsI(碘化铯),
而且X射线还要有一定的强度才行,总之现在X射线的观察技术是个很热门的学科,

[楼主]  [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/24 21:50 

对【17楼】说:

难怪你对KD效应没什么兴趣了,现在很多实验都集中在粒子束与光波的相互作用问题上,
可以借鉴的实验不少,电子衍射的原因鉴别基础已经有不少了,
其实也只差最后这一步了:用个X显示屏试一下就知道了,
(也别小看这一步,如你这样顽固的家伙也还真不少,呵)
当然也许还需要一系列的相互印证试验,这个其实也不难,
总之,最后的结果怎样,还要看实验的情况而定,

 [20楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2010/12/24 21:59 

对【18楼】说:

http://cs.gzedu.com/jiaoshijixu/dbsd8/jxjy006/intro/ziliaoku/xueshi/>第九章第五节.htm

实验装置就是你2楼的第一个图。

 

你的实验技术细节,我还真是不懂。



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 [21楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2010/12/24 22:28 

电子在轰击靶的时候才会出现干涉条纹,而同时又会产生X射线。因此区分其原因变的困难。
这个问题要追寻其真正的原因恐怕是很困难的。不过我看过一份资料,好像是两个方向的光可以形成驻波,而光的驻波可以使横穿驻波的电子束出现干涉条纹。这时实验证明了的。不知道是否对老杨有用。
 [22楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2010/12/24 23:46 

对【19楼】说:
    这和粒子束与光波的相互作用没直接关系吧?不错,衍射环肯定是荧光,但是没有电子在荧光屏上的直接轰击哪来的荧光?当然,电子的波动并不是说它走的是曲线,它与光波一样同样走的是直线,而且从衍射点或光栅到荧光显示位点距离刚好是波长的整数倍,一个孤子的波长受横向范围制约只在其脉冲正面中心点位才与屏幕作用,其它点位则作用很弱没有脉冲荧光显示,这就是孤立子的波动原理。

    我的意思并不是说粒子的波动原理不值得探讨,而是说实验早已证实电子衍射与X射线没有关系。

※※※※※※
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[楼主]  [23楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/25 10:41 

对【21楼】说:

jiuguang怎么不记得了,就是你在邮件里说起这个事,我才到网上查找的相关资料呀,
目前找到的有参考价值的资料有:
《Kapitza-Dirac效应的最新进展》
《电子被光驻波衍射--KAPITZA-DIRAC效应》
《激光驻波场中电子运动与能量分析》
《激光驻波场中Cr原子运动轨迹与汇聚沉积的分析》
以前都给你寄过的,

 

上次湘大实验后,有几个疑问一直很纠结:
1、透射电子束衍射是否能产生正前方的X射线?
2、示波器的荧光屏是否能显示X射线?怎样才能观察X射线?
3、X光干涉是否能有效影响到电子落点分布?
现在这几个问题基本都想通了,就看最后实验结果了,
之所以要在论坛上宣扬,只是怕又因知识和设备的欠缺,再犯上次的初级错误,
一耽误就是8年,实在是有点后悔莫及,
其实这件事对于有实验条件、身处电子衍射和X光的跨界专业学者来说是小菜一碟,
可对我们来说就需要逐步进入这两门学科的细节深处,才有可能做出有说服力的实验?
不过我自己也在努力,至少先搞点简单的X光屏试试看,湘大那边主要就是缺少这个,
(目前只能初步测量出X射线的计量在电压超过20KV后,显著增大)
而专业搞X光的又缺少电子衍射仪或透射电镜这类设备,


[楼主]  [24楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/25 10:48 

对【22楼】说:

“但是没有电子在荧光屏上的直接轰击哪来的荧光?”

 

所以需要有个能有效显示X光衍射环的东东,
有条件者不妨先进一试,我自己也在努力之中,
但这方面确实不很熟悉(过于专业了),没有十分的把握,

 

“而是说实验早已证实电子衍射与X射线没有关系。”

哪个实验证明了这一点?希望及早给个指点,免得我走冤枉路,

 

 [25楼]  作者:张崇安  发表时间: 2010/12/25 10:52 

如果X光衍射是以太介质波动,那么电子的波动也是以太介质波动吗?希望红心、彬彬等思考。
这个问题包含量子力学的实质,其实很重要!
[楼主]  [26楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/25 12:10 

关键是以太波动是否会对电子产生可观测的作用效果,
现在大量的实验已经证明了这一点,只是主流学者不这么说罢了,
他们使用光波电场(电磁波嘛)对电子的作用(有质动力)来解释的,
也行吧,反正知道场与以太的关系就行了,

如果说“光速不变”是相对论的基础,那么“电子衍射”就是量子力学的基础,
而相对论与量子力学又是量子场论的基础,确实可见其重要性了,
如果我们的怀疑错了,那就算是给这“两大支柱”加固一下吧,
如果我们的怀疑确有道理,那这“两大支柱”也该考虑一下修正的问题了?
 [27楼]  作者:杨发成  发表时间: 2010/12/25 17:53 

电子的衍射是电子束射向铝箔,在后面产生的环纹,它与X光穿过铝箔后面产生的环纹相似,铝箔的厚度非常小,虽说它是三维材料,但它已接近二维材料了。楼主提供的电子的衍花纹果真如此,其实我从前就没见过此图片。如果大家要深入探讨电子衍射的微观机制,先把迈克尔逊干涉仪的光谱精细结构搞明白,才会对你的理解有帮助。参考徳文版——马克斯. 玻恩著。
 [28楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2010/12/25 19:43 

对【24楼】说:

    你以上所列举实验不都充分证明了电子衍射与X射线无关吗?KD效应是指光波对粒子束的作用(好比水波对水面木板的影响),而不是电子先撞击出X射线而再显示X射线的衍射条纹,它们的波长不在同一数量级上。最关键的问题是X射线的波长很短穿透能力很强,根本就不可能在荧光屏上留下痕迹(除非将荧光粉涂在坚硬的金属板上)。搞实验是你们的特长,我只是进行理论分析,如果我说的话能起作用,那肯定会使实验少走很多弯路。


※※※※※※
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 [29楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2010/12/25 21:13 

是否可以将KAPITZA-DIRAC效应的衍射图像发上网?
我只是偶然看到过摘要,没有仔细看正文。如果有图像的话,也许能有更多的认识。
如果有实验原理图,最好也能发上来,看我的想象是否有误。
[楼主]  [30楼]  作者:yanghx  发表时间: 2010/12/26 13:40 

图可没有,电子KD效应这类资料还不多,原子束的KD效应比较多,有图,
就是原子束按激光驻波的波节被分割成N束,目前用来制作原子极光栅,

电子的KD效应是2001年,美国Nebraska大学的Freimund做的,
具体参见《电子被光驻波衍射 Kapitza—Dirac效应》,
如果找不到了,再给你寄一份吧,
他们现在有个误区,以为一定要用激光驻波作为光栅去造成粒子束的衍射(这个难了点),
其实只要光的波密与波疏(以太的疏密)能作用、分割粒子束就行(算是零级衍射吧),
这一点很重要,原想叶老师的简单实验就会有所获,但看来还不行,
也许需要很低速的、经过散射的电子束在强激光干涉场中才行,
这属于下一步的相互印证实验了(有多种设计),还要一步步的走才扎实?
首先要能观测到电子束经过膜透射后会产生与电子衍射基本相同的X光衍射环,
(目前只知道:电子束经膜透射后,会产生正前方的X射线,那么X光衍射环呢?未知)
可惜这个实验还查不到,只有拿出来请有条件者帮忙了,当然自己也可以想办法试一下看,

在《K-D效应的最新进展》中:
“结束语:
KD效应从提出到现在已走过71年的路程,在20世纪几乎深藏冷宫,鲜为人知。
在新世纪初,由于实验上的突破和玻色-爱因斯坦凝聚的发展而使KD效应初显峥嵘,
随着玻色-爱因斯坦凝聚的进一步发展,KD效应将在新的‘物质波光学’中发挥
决定性的作用从而获得巨大的应用。”

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