α粒子散射实验与原子核的发现——"最美丽"的十大物理实验之三

1实验背景 自1897年汤姆孙(J.J.Thomson 1856～1940年)从实验中发现电子;1896年亨利·贝克勒(H.A.Becquere1 1852～1908年)发现铀的放射性现象;1898年居里夫人(M.Curie 1867～1934年)发现镭的放射性现象;1897年卢瑟福(E.Rutherford 1871～1937年,英藉新西兰人)发现放射性中的α射线和β射线;1900年维拉德(P.U.Villard 1860～1934年)发现放射性中第三种射线--γ射线以后,使人们认识到原子是可分的,原子是有结构的.因此,各国物理学家们便开始探索原子的复杂结构.     

粒子物理——物质微观结构研究的最前沿

 人类最早发现的“基本粒子”是电子, 1897年汤姆森(J. J. Thomson)在阴极射线中首次测得了带负电的粒子(电子)的荷质比e/m, 1899年他又测量了电子的电荷e。光子γ 作为粒子是爱因斯坦(A. Einstein)首次在1905年为解释光电效应提出的。但是这一观念20多年后才被物理界所公认。1919年卢瑟福(E. Rutherford)用α粒子轰击氮靶而发现了质子。1932年查德威克(J. Chadwick)证实了中子的存在。同年, 安德森(C. D. Anderson)发现了正电子。     

弱源—表面镀膜式α散射实验

一、引言α粒子散射实验是原子物理学发展中极为重要的早期实验之一。1910年卢瑟福(E.Rutherford)、盖革(H.Geiger)和马斯顿(E.Marsden)等用α粒子射击重金属箔,结果,粒子被分别散射到不同方向上,并发生了大角度散射,由此诞生了卢瑟福的原子行星模型。随着量子理论的发展,现在对原子结构有了进一步的认识。但在非相对论量子力学中,散射截面的计算与经典的卢瑟福公式相同。因     

康普顿（Compton，Arthur Holly，1892-1962）美国物理学家（Physicist，America）

康普顿1913年毕业于伍斯特学院（他父亲是院长）。1916年在普林斯顿大学获得博士学位。1919年他又到剑桥大学，在卢瑟福卧。的指导下深造一年。次年，他回到美国，任华盛顿大学的物理系主任，1923年转入芝加哥大学。康普顿将巴克拉的工作发展了一步。巴克拉的实验涉及物质对X射线的散射，但他只能用非常粗糙的吸收性测量来确定散射X射线的性质。康普顿则利用了布拉格父子发明的技术，能准确地测量散射X射线的波长。     

莱德曼和一大学生的通信

1988年诺贝尔物理奖授予美国实验物理学家莱德曼(L.M.Lederman)和他的同事施瓦茨与斯坦博格,以表彰他们26年前在哥伦比亚大学进行的一项导致发现两种中微子的实验。 26年过去了,人们并没有忘记他们当年为高能物理学的发展所做的奠基性工作。 莱德曼在得知自己获得诺贝尔奖时,开玩笑地说:“我没有更早得到诺贝尔奖,是因为他们不能决定为了什么发现而授予我诺贝尔奖”。 莱德曼以毕生精力从事高能物理实验,做出了多项发现,许多工作都是开创性的,直到此时,他已经66岁了,还活跃在实验研究的前沿上,担任著名实验研究基地——美国费米加速器实验室(FNAL)所长。应该说,在他众多的发现中,任选一项都可以使他有资格被提名为诺贝尔奖的候选人。例如:1956年发现中性K介子;1965年发现反氘核;1977年发现γ粒子;他研究强子碰撞中轻子对的产生,开创了实验高能物理学的新方向;他最早在π-μ-e衰变过程中对李、杨宇称不守恒原理做出实验检验,和吴健雄的钴60实验同     

《超声在固体中的散射》书评

超声在固体中的散射是声学的一个基本问题，也是超声无损检测的根本问题．只有充分认识超声在固体中界面或障碍物处的散射规律，才能解决散射的逆问题，从测得的散射信息逆推缺陷的位置、形状大小和性质，从而实现既定性又定量的超声无损评价．中国科学院声学研究所的应崇福院土、早在人们尚未普遍认识超声散射重要性的50年代中期，就在国外发表了有关固体中超声散射的论文．从80年代初期开始的十年中，他又与同事们对固体中的超声散射进行了系统研究，取得了丰硕成果．本书就是他和张守玉、沈建中两位研究员把研究成果进行系统整理而写成的…     

最初的电子-原子散射实验为何未能得到有关原子核式结构的信息

 现代物理学的一个重要里程碑无疑是通过α粒子散射实验所建立起的原子的核式结构。这一发现不仅导致了我们对于微观物质世界的看法的革命性的改变,同时也为早期量子论的建立奠定了坚实的基础。特别是核物质以高密度的形态集中于很小的空间,即原子核的实验证据,更成为了随后的关于强相互作用问题研究的出发点。在随后的约一个世纪,有关核物质的研究丰富了我们对于物质世界的认识,并最终导致了量子色动力学(QCD)的发现。然而,由于α粒子散射的结果首先是卢瑟福(E.Rutherford)在经典力学的框架下给出的解释,这一准经典的过程对早期量子物理发展的影响更多地是在玻尔(Bohr)的氢原子光谱理论中被提及。     

Lorentz-Compton佯谬与一个双赢判决性散射实验设计

通过对“可见光区域是否存在Compton效应”的讨论而进一步深化到经典条件下“光的量子理论能否包含光的经典电磁理论”的实验验证,发现了Lorentz-Compton佯谬,并基于逆Compton散射设计了一个敏感而又可行的双赢判决性散射实验来解决此佯谬。     

E 卢瑟福的科学生涯

英国实验物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford,1871--1937）出身于新西兰一个清贫的、重视教育的农民兼手工业者的苏格兰移民家庭。父亲富于创新精神,有一定的创造能力,作为小学老师的母亲对他的一生有着巨大的影响。卢瑟福在新西兰“接受了真正全面的教育”,并靠奖学金完成全部学业。新西兰美丽的原始自然风光和崇尚科学的风气,勤奋实干、温馨和睦、崇尚教育的家庭环境,     

部分相干源实验研究

 在无阶梯诱导空间非相干光束平滑技术中，用作前端的部分相干源是重要的组成部分。介绍了利用准分子激光进行的部分相干源实验，发现聚四氟乙烯是一种较理想的散射材料。研究了聚四氟乙烯散射源对光束的散射性能，给出了光束均匀性、空间相干性和能量转换效率等参数。     

拉曼光谱及其在现代科技中的应用

 认识拉曼光谱1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应,称为拉曼效应。简单地说就是光通过介质时由于入射光与分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖,成为第一个获得这一奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人。拉曼散射遵守如下规律:散射光中在每条原始入射谱线(频率为ν0)两侧对称地伴有频率为ν0+νi(i=1,2,3,…)的谱线,长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线,短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线;频率差νi与入射光频率ν0无关,由散射物质的性质决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,其中有些与介质的红外吸收频率相一致。     

纪念卢瑟福提出原子有核模型100周年

英国物理学家欧内斯特.卢瑟福(Ernest Rutherford,1871~1937)是20世纪最伟大的实验物理学家之一,他生活在从19世纪末到20世纪30年代物理学发生革命性变革的时代,是这个时代勇于进取的开路先锋之一,他在原子核物理学方面的     

1928 年2 月：发现拉曼散射

 1921 年，印度物理学家拉曼（C. V. Raman）从英国搭船回国，在途中他思考着为什么海洋会是蓝色的问题，而开始了这方面的研究，促成他于1928 年2 月发现了新的散射效应，就是现在所知的拉曼效应，在物理和化学方面都很重要。     

回忆卢瑟福

<正>近代物理学大师﹑原子核物理学奠基者之一﹑著名英国科学家卢瑟福(E.Rutherford)辞世已经50年了。当他在世的最后两年,我有幸作为他的学生,亲聆他的教诲。他的治学作风﹑待人接物﹑音     

碳纳米管与氨基酸作用的光散射性质研究

研究了在乙醇中超声分散后的碳纳米管(CNT)与氨基酸相互作用的光散射性质.实验考察了激发波长,pH值,CNT浓度和水的百分含量对CNT光散射强度的影响;在优化的实验条件下,发现CNT与白氨酸作用时,CNT的散射强度会随着白氨酸的浓度的增加而增加,但是与天冬酰胺作用时,CNT的散射强度会随着天冬酰胺的浓度的增加而减弱,此方法有望用于对此二种氨基酸的实际分析测定.     

中能区反质子与原子核的弹性散射

运用实验的pN散射振幅和多次散射理论,在冲量近似下考虑反质子能量从180MeV至1800MeV的光学势,发现此能区反质子光学势的虚部强度在130—140MeV附近.用所获得的光学势,计算¹²C,²⁶O,⁴⁰Ca和²⁰⁸Pb等满壳层核在五个能量下的弹性散射微分截面.看到所用的光学势,在180MeV能很好地符合实验数值.本文还预示了此能区在各个核上的理论结果.     

1911年6月：盖革计数器的发明

 要讨论原子的历史,若不提及卢瑟福(Ernest B. Rutherford) 于1909 年所带领完成之著名的金箔实验是不可能的,那是第一次以实验证明原子核的存在。实验的结果推翻了汤姆孙(J. J. Thomson)更早的梅子布丁原子模型,奠下玻耳(Niels Bohr)发展其原子模型的基础,直至今日在教学上都扮演着重要的角色。     

巴克拉（Barkla，Charles Glover，1877—1944）英国物理学家（Physicist，England）

巴克拉曾在利物浦大学学习。巴克拉常常代他的老师洛奇（Lodge）讲课。大学毕业之后，赴剑桥大学在汤姆孙指导下进修，后于1902年返回利物浦大学任教。1913年又去剑桥大学，开始研究X射线。他在1906年证明，当X射线被特定的元素散射时，会产生具有特定贯穿性的射线。如果按照元素在周期表中的顺序去逐一研究，就会发现，各种元素产生的“标识X射线”的贯穿本领是逐渐增大的。     

闪光照相中的后锥散射

高能闪光照相中散射辐射严重影响信息的提取。后保护系统（后锥）是散射的最主要来源，这一结论已被实验和数值模拟所证明。虽然利用X射线输运的MC计算程序可以给出散射分布，但在高散射情况下程序计算结果的正确性和可靠性必须经实验的检验。     

拉曼（Raman，Chandrasekhara Venkala，1888-1970）印度物理学家（Physicist，India）

拉曼在大学里学习成绩优秀，曾获得物理学的金质奖章，1904年即16岁时就获得学士学位。1922年，他发表了应用爱因斯坦髓一斯莫卢霍夫斯基涨落理论解释海水呈蓝色的论文。1923年，在他的领导下，雷马内森在观察液体散射光时，发现有强度很弱的、相对于激发光谱线有位移的二次辐射。拉曼等经过不断的实验验证，肯定了当单色光定向地通过透明物质时，散射的光中，还含有一些弱的光，其谱线位移为一恒量。