Электрон

(источник)

На видео 2:10 обстреливают две щели электронами, и электрон, как волна, проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой!

Арнольд Зоммерфельд первым расчислил эти новые возможности. Он рассудил так: раз электроны подобны планетам, они движутся не по окружностям, как у Бора, а по эллипсам. И так как они летят с огромными скоростями, без теории относительности их движение описывать грешно. Два неоспоримых уточнения: одно — классическое — по Кеплеру, другое — неклассическое — по Эйнштейну.

По Кеплеру: на эллиптически вытянутой орбите скорость электрона все время меняется не только по направлению, как это бывает в случае кругового движения, но и по величине. Вдали от ядра скорость одна, вблизи — другая. А по Эйнштейну: если величина скорости меняется, то меняется и масса электрона.

Получилось, что, описав оборот вокруг ядра, электрон чуть смещается в сторону. Он вяжет вокруг ядра петлю за петлей. Пока он летит по эллипсу своей орбиты, этот эллипс сам вращается — катится по плоскости орбиты. И потому истинный путь электрона — это красивая кривая, называемая розеткой: он очерчивает в полете по контуру многолепестковый цветок, вроде ромашки.

А можно так рассудить: электрон участвует в двух независимых вращениях. Первое — вращение по орбите — квантуется: не любые орбиты разрешены, а только прерывистая их череда. Второе — вращение самой орбиты — тоже квантуется: лепестки ромашки не могут быть какими угодно — разрешенные природой тоже образуют прерывистую последовательность. И для их нумерации тоже надобна последовательность целых чисел: 1, 2, 3… k.

Но это не все. Атом — объемная вещь. Лишь электронные орбиты плоские, а сам он — трехмерная конструкция. И пока электрон летит по эллипсу, а эллипс катится по плоскости орбиты, эта орбитальная плоскость может поворачиваться в пространстве.

Третье независимое вращение, в котором невольно участвует электрон. Очевидно, и оно квантуется: не все положения орбитальной плоскости допустимы, а лишь пунктирный их ряд. Это напоминает чередование спиц в колесе. Их тоже надо пересчитывать. Необходима третья последовательность целых чисел: снова — 1,2, 3… m.

Так возникли в квантовой теории атома, сверх главного квантового числа Бора, два дополнительных квантовых числа Зоммерфельда. Он назвал их «внутренними». И сразу удалось верно описать тонкую структуру атомных спектров!

Электрон может тормозиться и излучать при переходе из одной среды в другую — это так называемое переходное излучение. Излучает электрон и при движении в гофрированном волноводе, когда частица, подобно автомобилю на выбитой дороге, колеблется на «неровностях» электромагнитного поля. Подобный же эффект возникает при движении электрона над дифракционной решеткой. Одним словом, накачать свободный электрон энергией, а затем отобрать ее в виде квантов излучения нетрудно. И уже давно построены приборы, где от потока ускоренных свободных электронов получают так называемое ондуляторное излучение. В типичном случае электроны, по-разному притормаживаясь и перемещаясь в магнитном поле ондулятора, на лету стреляют квантами разной энергии, то есть дают излучение разных частот.

—