历史上的今天 > 1892年5月3日,G.P.汤姆森诞辰

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  G.P.汤姆森诞辰(George P. Thomson, 1892-1975)

  在物理学上提到汤姆森,第一个想到的肯定是英国物理学家J.J.汤姆森,他因为在1897年发现电子而获颁1906年的诺贝尔物理奖。身为他的独子,又投身与父亲同样的研究领域,G.P.汤姆森想必承受极大心理压力,亟欲走出自己的道路。

  1924年底,德布罗意发表物质波的论文,主张所有粒子都具有波的性质。这个惊世骇俗的理论引起科学家们的议论纷纷,虽然有爱因斯坦的支持,薛定谔也于1926年提出有模有样的波动方程式,但公式再怎么漂亮,未经实验证实之前,这些都只能算是假说。 G.P.汤姆森心中倒是有个实验的构想已逐渐成形。

  打从他从老爸那儿习得阴极射线管的实验后,至今也已有好几年的实作经验,操控电子束已驾轻就熟。如果电子具有波的性质,那么用电子束打向金属材料,折射后的电子束应该会像光那样产生绕射图案吧? 1927年,G.P.汤姆森进行一系列的实验,他用高能电子束打向铝箔、金箔等靶材,穿透而过的电子束果然在后方的屏幕上形成犹如水波的圆形绕射图案。德布罗意的物质波假说获得证实。

  德布罗意随即于1929年获颁诺贝尔物理奖;G.P.汤姆森也在1937年与美国物理学家戴维森(Clinton Davisson)两人共同获得诺贝尔物理奖。 G.P.汤姆森终于摆脱父亲的盛名,拥有自己的光环;而且原本老爸证明电子是粒子,如今儿子却证明电子也是波,更别具意义。

  等等,那这位共同获奖的戴维森又是谁?事实上,他比G.P.汤姆森还早发现电子的绕射现象,只不过G.P.汤姆森是有意栽花,戴维森的发现却是无心插柳。

  1925年,他与助手革末(L. H. Germer)在作电子束的撞击实验时,一个装置破裂而让空气跑进真空设备中,以致高温的镍靶严重氧化。戴维森不想就这样丢弃镍靶,决定透过加热还原反应予以修复。没想到重作实验后,电子散射的分布竟在几处出现峰值。他们检查镍靶,发现部分表面形成排列整齐的结晶,但他们尚未听闻德布罗意的理论,因此并未作联想到绕射,但还是发表了这个奇特的实验结果。

  第二年,戴维森到英国参加一个研讨会才得知德布罗意与薛定谔的理论,而且获得许多人的鼓励──他们猜测他1925年所作实验的奇特结果或许就是电子绕射的证据,于是他返美后赶紧改变实验方向。他与革末制备了单晶体的镍,用低速电子束从各种不同角度打向镍晶体,记录其反射结果,最后果然发现某个角度产生了明显的绕射现象,而比GP汤姆森早两个月发表实验结果。

  后来,戴维森和G.P.汤姆森两人的实验方法分别发展成为低能电子绕射技术(LEED)和反射式高能电子绕射技术(RHEED),在表面物理学中都有广泛应用。因此论文发表虽有先后,但实为互补,两人分享诺贝尔奖可谓实至名归。

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