Как мы работали в 1980-х

В этом году я решил повторить и развить свою научную работу, которую я опубликовал в 1986 году. Эта работа была главной в диссертации моего аспиранта из Армении, и большую часть работы он и выполнил, хотя почти все идеи были мои. Я всю свою научную жизнь занимаюсь когерентной рентгеновской оптикой. Известно, что совершенные кристаллы (то есть без дефектов) являются идеальной трехмерной дифракционной решеткой для рентгеновских лучей. И, вообще говоря, в физике больше не было ситуаций, когда можно было иметь трехмерную дифракционную решетку для каких-то волн, будь то видимый свет, звук или что-то еще.

Только в последние годы научились искусственно создавать трехмерные кристаллы с периодом в половину микрона, что как раз соответствует видимому свету. Это современная наука, она еще только в самом начале своего пути, и я пока про нее рассказывать не буду. Поэтому была уникальная ситуация, что было и хорошо и плохо. Вообще говоря, многие явления имеют аналоги в разных науках и поэтому интересуют всех. А эффекты, возникающие при дифракции рентгеновских лучей в кристалле, больше нигде не возникают, и поэтому интересуют только узкий круг людей, кто непосредственно этим занимается. То есть уникальность — это хорошо, но оторванность от народа — это плохо.

Одним из таких ярких эффектов был эффект Бормана, согласно которому при дифракции коэффициент поглощения уменьшается во много раз, и кристалл относительно большой толщины становится прозрачным для рентгеновских лучей. Если на кристалл падает расходящееся излучение, то есть разные лучи попадают в кристалл под разными углами, и кристалл толстый, то большинство лучей просто поглотится в кристалле и сквозь него не пройдет. Однако, те лучи, для которых выполняется условие дифракции на какой-то системе атомных плоскостей в кристалле, пройдут, потому что для них коэффициент поглощения становится меньше.

Как это увидеть? Один из примитивных способов состоял в следующем. Использовался источник рентгеновских лучей с малыми размерами, который освещал кристалл на большом расстоянии (два метра, больше в лаборатории поставить было нельзя). А за кристаллом ставилась фотопластинка. Практически такая же, как в старых фотоаппаратах, только приспособленная для рентгеновского излучения. И на пластинке появлялась картинка, показанная выше. Если кликнуть на картинке, то можно увидеть ее в отдельном окне в большом размере.

На ней видно две системы из двух пересекающихся светлых полосок. Системы две, потому что источник имел две разные длины волны, которые дифрагируют под разными углами и на большом расстоянии разделяются в пространстве. Интенсивность одной длины волны больше, чем второй, поэтому они различаются, а в остальном они полностью копируют друг друга. Почему две линии и почему они пересекаются? Дело в том, что кристалл ориентирован так, что сразу две системы атомных плоскостей отражают лучи. А в точке пересечения они это делают одновременно.

На самом деле на пластине должно было быть не две, а пять линий, потому что как раз пять линий пересекаются одновременно, создавая условия для шестиволновой дифракции, совсем уникального эффекта. Но три другие линии все таки поглощаются сильнее, чем те две линии, которые видны. Именно потому их и не видно. Теория предсказывает для шестиволновой дифракции еще более сильное уменьшение поглощения. И вроде-бы в точке пересечения яркость пятна выше. То есть этот результат как бы явился доказательством теории.

На самом деле, все намного сложнее, но в то время люди об этом не знали. А что теоретики? Правильное объяснение представленной картинки было дано в той самой моей работе 1986 года, с которой я начал. Там была развита достаточно сложная теория и предложен метод расчета, с помощью которого были вычислены аналогичные картинки. Но компьютеры в то время не умели рисовать. И рисунки выполнялись печатными символами. В то время печать шла на ленту по 120 символов в строке. И разные символы использовались для задания определенного уровня серого цвета. Все это было очень приблизительно, но все таки что-то грубо показывало. Зато все делал компьютер, и не надо было рисовать руками. Такой рисунок показан выше.

Сейчас компьютеры очень красиво рисуют такие картинки, да и фотопластинки уже не используют, вместо них есть цифровые детекторы, похожие на те, что стоят в цифровых фотоаппаратах. Но эту работу 1986 года так до сих пор никто и не повторил. Впрочем, что касается эксперимента, то новые мощные источники рентгеновского излучения все же не очень хорошо подходят для таких экспериментов. Точнее, надо постараться, чтобы сделать все правильно. И пока не нашлось желающих. А с расчетами такая же ситуация.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s