Персональный сайт Спасского Станислава


На главную

Использование дифракциии электронов на отражение (RLEED или RHEED)
для анализа внутренней структуры электрона.

3 Ноября 2009г., г.Москва, Зеленоград, Спасский Станислав.

Summary.

В предыдущих статьях автора анализировалась возможность представления частиц с ненулевой массой покоя волновыми объектами типа локализованная «стоячая волна», которые составлены из разнонаправленных гармоник приблизительно одной частоты, объектами, способными перемещаться. Это некая модифицированная форма типа «бегущая волна», замкнутая саму на себя, модифицированный фотон. Именно поэтому в таком объекте превалирует частота, которая соответствует соотношению Планка и фигурирует в уравнении Шредингера. Если принять это допущение, то становятся понятны многие явления физики, пока мало поддающиеся осмыслению. Предлагается эксперимент, подтверждающий (или опровергающий) это.

Немного теории.

Предлагаемая модель, например, позволяет легко понять все основные аспекты специальной теории относительности. И такие, как смысл Лоренцевых преобразований и инвариантность скорости света. Лоренцевы преобразования выделяются, потому что в них инвариантен вид волнового оператора с волновой числом С. Он имеет тот же вид, что и в системах покоящихся относительно волновой среды. Поэтому в них все волновые объекты (а равно и вся физика) имеет тот же вид (и выглядят, и формализуются), как и в системах, покоящихся относительно волновой среды. В том числе и скорость волны (света) C. И все эти системы формально равноправны. Хотя только часть из них покоится реально относительно среды.

Легко понимается связь массы и энергии, поскольку масса является инерциальным коэффициентом для объекта данного типа, набора гармоник «стоячей волны». А сам объект фактически представлен волновой энергией. У такого объекта в состоянии покоя все волновые (энергетические) потоки векторно скомпенсированы. При движении объекта компоненты не сбалансированы, имеется результирующий поток энергии, импульс. Гармоники приобретают векторную добавку в определенном направлении, картина потоков несколько видоизменяется. Но в определенной системе Лоренца этот объект выглядит как в покое относительно среды.

Итак, закон Планка для фотона оказался «работающим» (в смысле частоты) и для частиц с массой покоя. Длина волны, близкая классической и соответствующая этой частоте при волновом числе C называется «Комптоновской» и фигурирует во многих физических формулах. В частности, ее связывают с гравитационным радиусом частицы. Ее имеют фотоны, при аннигиляции электрона и позитрона.

Сделанное предположение о частицах с массой покоя как о «свернутой форме» фотона и справедливость для них закона Планка дает основание считать, что энергия внутренней связи в этих частицах составляет малую часть по сравнению с полной их энергией. А это значит, что сильное искажение волновых свойств волновой среды может быть локализовано в сравнительно небольшой области размером порядка Комптоновской длины волны. Значит, наличие в объектах частоты Планка (доказанное) должно обеспечивать в этих объектах наличие волн с Комптоновской длиной волны.

Легко понимается гравитация как явление и связь гравитационной и инерциальной массы, если принять, что локальное скопление частиц ( волной энергии) приводит к изменению волновых свойств среды (уменьшение С при увеличении гравитации). Гравитация изгибает траекторию фотона, как «бегущей волны», а значит и траекторию каждой плоской гармоники, составляющей частицу. Поэтому та часть частицы, которая находится в области более сильной гравитации приобретает вид частицы (по картине состава плоских гармоник) соответствующей состоянию частицы с более низкой потенциальной энергией, но без изменения энергии. Увеличение кинетической энергии частицы является «удобным» для описания гравитации с помощью потенциального поля.

Гравитационный радиус достаточно просто выводится при этом. И в гравитации речь идет не о метрическом искажении пространства в области гравитации. Изменяется метрика «волнового» пространства из-за изменения волновых свойств среды. Поэтому размеры частицы как волнового объекта, могут меняться, равно как и частота колебаний в этом объекте (т.е. «его время»).

Волна де Бройля в этом варианте получается как результирующая двух противоположных почти классических волн, близких по амплитуде и с соответствующей небольшой разницей в частоте. Волновая картина от двух таких волн во всем совпадает с волной де Бройля, если исключить из рассмотрения первичную волновую структуру. Энергия обеих волн составляет общую энергию потока, а разность противоположных потоков энергии (фактически, разность импульсов) обеих волн из-за некоторой разности частот дает общий результирующий поток энергии (фактически импульс). На уравнение Шредингера можно смотреть как на уравнение, которое исключает из рассмотрения первичную, «внутреннюю» волновую структуру, а рассматривает только перемещение волновой энергии, связывая его с «модулирующей волной».

Предлагаемый эксперимент.

Можно ли предложить эксперимент, подтверждающий тот факт, что частицы с ненулевой массой покоя имеют внутреннюю волновую структуру с частотой Планка νP=E0/h и длиной волны соответствующей волне Комптона λC=c/νP=h/(mc)? В предыдущей статье рассматривалась возможность найти соответствующую волновую структуру в опытах по дифракции электронов проходящих через тонкий слой кристалла. Длина волны электрона (комптоновская) составляет порядка 1/40A.

В настоящее время автор больше склоняется к опыту с дифракцией электронов на отражение (RLEED или RHEED). Но требуются особые ограничения в опыте на размер поверхности образца. Рассмотрим кратко суть предлагаемого эксперимента. Традиционно в этих опытах поведение отраженных электронов описывается волной де Бройля. Как уже говорилось, предполагается, что волна де Бройля реально состоит из пары противоположных квазиклассических волн. А выполнение условия на возможные «разрешенные» направления отраженного электрона это одновременное выполнение условий для двух близких по частоте (и длине волны) прямой и обратной волн. Периодическое (по углу) совпадение условий как по прямой, так и по обратной волнам это есть интерференционная картина по волне де Бройля.

Пусть d - шаг в кристаллической решетке (у нас порядка 1A). Обозначим λdB длину волны де Бройля электрона. Мы примем λdB того же порядка, что и d, 1A. Это не принципиально, но картина лепестка главного максимума будет крупнее. Длина волны Комптона (т.е. предполагаемой волны), для электрона это порядка 1/40A, обозначим λC, практически не зависит от кинетической энергии электрона в нашем эксперименте.

При данных условиях общая диаграмма направленности решетки для отраженного электрона является произведением двух диаграмм направленности: диаграммы направленности одного столбца решетки (вдоль луча) и диаграммы одной строки (поперек луча). Максимумы 1й диаграммы лежат на серии концентрических окружностей с центром в точке O и должны удовлетворять условию по изменению (1-Cos(a)) на 1/40. Максимумы 2й диаграммы удовлетворяют условию Sin(b)=m*(1/40) и представляются серией вертикальных линий через равные промежутки. Нас интересует больше проявление 1й диаграммы, как более заметной, ее мы и будем обсуждать. Но на самом деле где-то «ярче» может себя проявить и 2я диаграмма в виде вертикальных черточек.

Рассмотрим, как ведут себя «условия» по прямой и обратной волнам в отраженном луче, если мы удаляемся от главного максимума отраженного луча. Положение этого максимума составляет порядка 1-3 град. к плоскости кристалла. При нашем допущении при этом направлении выполняется требуемое условие в отраженном луче и для прямой и для обратной волны. С угловым удалением от этого положения сначала разбежка разрешенных направлений для прямой и обратной волнам незначительны из-за небольшой разницы длин волн (dλC). Из условия λdB=λC*(λC/dλC) получаем dλC=λC^2/λdB (в нашем случае это 1/1600A). Как мы покажем, в нашем случае ширина лепестков по прямой и обратной волнам предполагается порядка λC/(2*10), т.е. порядка 1/800. Поэтому есть зона совпадения выполнений условий по обеим волнам во 2м максимуме. Этот 2й максимум расположен примерно на угловом расстоянии порядка a=12.8 град от основного максимума для принятых параметров d*(1-Cos(a))=1/40 .

Теперь об упомянутой ширине лепестка λC/20. Предлагается взять образец поверхности кристалла порядка 10 рядов, как вдоль луча, так и поперек. Почему предлагается это ограничение? Во-первых, решетка с большой поверхностью имеет неоднородности и по структуре и наклону поверхности, которая не является плоской, а меняется по углу значительно. Это наверняка приводит к тому, что все рассмотренные направления меняются значительно в зависимости от места на решетке, на которое попадает электрон. Картина размывается, и первичная структура дифракционной картины исчезает. Второе – необходимость обеспечить определенную ширину лепестков, как упоминалось выше. В решетках ширина основных лепестков определяется по условию разности фазы π на общий размер решетки. В пересчете на шаг решетки это дает разницу в пути луча (λ/2)/10=λ/20.

Рассматриваемый 2й максимум от волны Комптона соответствует разности пути 1/40A на d. А ширина основного лепестка волны де Бройля (по радиусу) соответствует λdB/10=1/10A. Поэтому 2й максимум от волны Комптона, равно как и 3й, и 4й (если они проявляются в виде кругов) попадают в зону основного лепестка волны де Бройля. Поэтому максимумы должны искаться на фоне основного лепестка волны де Бройля.

Спасский Станислав, 3 ноября 2009 г.




Спустя несколько дней после выставления этой статьи на сайт автор обнаружил в интернете интересный образец RHEED с высоким разрешением на сайте NANOCOMIC (rheed.jpg). Здесь представлен увеличенный фрагмент картинки. На нем хорошо заметны волновые структуры практически вокруг всех «пиков». Безусловно, могут быть разные трактовки этих проявлений. Возможно, это проявление каких-то свойств флуоресцентного экрана. Во-вторых, это могут быть «вторичные» лепестки в диаграммах направленности, если предположить очень малые размеры образца (десяток Ангстрем) или аналогичную ограниченность размеров самих волновых объектов (электронов). Но можно также предполагать, что это следы того, что мы разыскиваем, именно, первичные волновые структуры с Комптоновской длиной волны. В пиках, лежащих на окружности над главным пиком (обозначен «+») видно, что вертикальные черточки повторяются в два раза чаще, чем повторяются вертикальные структуры волны де Бройля. Это значит, что прямая волна, входящая в состав волны де Бройля имеет в данном конкретном случае длину волны вдвое меньше длины волны де Бройля.

Доказательство внутренней волновых структур в частицах было бы трудно переоценить для переосмысления физики.

Спасский Станислав, 24 ноября 2009 г.




Вот еще один образец RHEED. К сожалению, источник утерян. Сам образец и два его увеличенных фрагмента даны ниже.


4_23b_Si111rev2.jpg

Фрагмент1
Фрагмент1

Фрагмент2
Фрагмент2

Спасский Станислав, 3 декабря 2009 г.




На главную