Поляризуемость рентгеновская. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Поляризуемость рентгеновская - способность вещества поляризоваться под действием внешнего поля рентгеновской электромагнитной волны; количественно равна коэффициенту пропорциональности

между поляризацией P единицы объёма вещества и единицей напряжённости внешнего электрического поля Е. Свойства поляризуемости рентгеновской существенно отличаются от поляризуемости атомов, ионов и молекул в поле оптич. диапазона, где при переходе к описанию ди-электрич. свойств вещества вводится понятие диэлектрической восприимчивости. В рентгеновском диапазоне длин волн значения этих величин практически совпадают, поэтому обычно ограничиваются введением лишь понятия рентгеновской поляризуемости.

Специфические особенности рентгеновской поляризуемости обусловлены 4 причинами: длина волны l излучения, радиус атома

и параметр решётки кристалла а связаны соотношением

частота излучения

обычно того же порядка, что и частота атомного К- или L-yровня (для элементов с атомным номером

25); все уровни энергии атома, лежащие выше К- и L-оболочек, заняты, и переходы на них невозможны; внутр. электронные оболочки атомов, с которыми наиб. сильно взаимодействует рентг. излучение, целиком заполнены, сферически симметричны и имеют высокие значения энергий связи. Хим. связь или внеш. воздействия оказывают на внутр. электронные оболочки слабое влияние, поэтому можно считать, что они незначительно отличаются от таких же оболочек свободных атомов.

В рентг. диапазоне введение ср. Поляризуемости рентгеновской теряет смысл. Обычно проводимое усреднение диэлектрич. свойств вещества в объёме с линейными размерами

невозможно по двум причинам: вследствие малой плотности содержащихся в таком объёме зарядов, а также характерного масштаба локальных изменений электронной плотности, который порядка или больше l. Поэтому поляризацию единицы объёма среды

вычисляют в каждой точке пространства с радиусом-вектором

проводя лишь квантовомеханич. усреднение по электронным состояниям. В этом случае в линейном по полю приближении связь между векторами поляризации среды и напряжённостью поля имеет вид

где рентгеновская поляризуемость

- тензорная величина и является функцией координат:

Наиболее ярко особенности рентгеновской поляризуемости проявляются для кристаллов, где материальный тензор

из-за трёхмерной периодичности кристаллич. решётки также является трёхмерно-периодической функцией координат:

+ R) =

где R - любой вектор трансляции кристаллич. решётки. При рассмотрении отклика среды на возмущение в виде плоской монохроматич. волны необходимо в (1) перейти к фурье-компонентам. Ввиду пространств. периодичности тензора рентгеновской поляризуемости

фурье-образ (1) имеет вид

где H - векторы обратной решётки кристалла. Сумма в правой части ф-лы (2) означает, что в плоскую волну поляризации среды с амплитудой

и волновым вектором k дают вклад все поля

которые распространяются в направлениях

отличающихся от k на произвольный вектор H (см. Брэгга - Вульфа условие), т. е. имеет место нелокальное взаимодействие полей в пространстве волновых векторов. Диэлектрические свойства кристалла, следовательно, характеризуются набором рентгеновских поляризуемостей

отвечающих возможным направлениям распространения дифракц. волн в кристалле. В ф-ле (2) формально присутствует суммирование по всей бесконечной совокупности векторов обратной решётки Н. Реально в кристалле могут распространяться одновременно лишь неск. полей E (k, w), для которых удовлетворяются условия дифракции. Отыскание волновых векторов

и амплитуд

является задачей теории дифракции рентгеновских лучей.

В первом приближении теории возмущений рентгеновской поляризуемости

многоатомного кристалла пропорциональна тензору структурного фактора

где Кронекера символ

указывает на отличие рентгеновской поляризуемости от нуля только в дифракционных направлениях

= k + +H; т - масса атома. Согласно (3), рентгеновская поляризуемость отрицательна и по абс. величине составляет

Для одноатомных кристаллов тензор структурного фактора в (3) заменяется на тензор атомного фактора

в который аддитивно входят разл. вклады: потенциальный

очень слабо зависящий от частоты

и дающий осн. вклад в рентгеновскую поляризуемость; резонансный

заметный только на частотах, близких к характеристическим; неупругий

который в свою очередь складывается из теплодиффузного, комптоновского и рамановского (последний вклад имеет дисперсионную зависимость от частоты и не превышает неск. процентов).

Зависимость тензора рентгеновской поляризуемости от векторов k и H - следствие пространственной дисперсии, параметр которой

чрезвычайно велик (в оптич. диапазоне

Пространственная дисперсия вызывается двумя причинами: трёхмерно-периодич. расположением атомов в решётке, что ведёт к резкому пространственному перераспределению рассеянной интенсивности - дифракции; на неё накладываются монотонная и плавная зависимости рентгеновской поляризуемости от угла рассеяния, обусловленные внутр. строением атомов и тепловыми колебаниями атомов кристалла. Количественно влияние температуры на рентгеновскую поляризуемость учитывается введением Дебая - Уоллера фактора.

Т. к. внутр. электронные оболочки, наиб. сильно взаимодействующие с рентг. излучением, целиком заполнены, сферически симметричны и их электроны имеют высокие значения энергии связи, в рентг. диапазоне заметных эффектов оптической активности и анизотропии нет, поэтому электронную часть рентгеновской поляризуемости обычно можно считать скаляром. Однако деформации электронных оболочек, вызванные хим. связью и анизотропией тепловых колебаний атомов, благодаря дифракции можно наблюдать. Деформация внутр. сферич. электронных оболочек ведёт к понижению симметрии кристалла и, как следствие, к появлению в дифракц. картине новых ("запрещённых") дифракц. отражений с малой интенсивностью, появляющихся под иными, нежели разрешённые, углами.

Так как, согласно (3),

ядра из-за большой массы нуклонов дают по сравнению с электронами пренебрежимо малый вклад в рентгеновскую поляризуемость. Однако если кристалл содержит изотопы с низколежащими ядерными резонансами (см. Мёссбауэра эффект ),то соответствующее резонансное рентг. излучение взаимодействует не только с электронами, но и с ядрами. Резонансное взаимодействие такого излучения с ядрами весьма интенсивно, так что вклад ядерной подсистемы в рентгеновскую поляризуемость может на порядок превышать вклад от электронов и достигать величины

Низколежащие ядерные g-переходы обычно электрические квадрупольные или магнитные дипольные, поэтому даже в отсутствие сверхтонкого расщепления ядерных уровней энергии среда обладает дополнит. пространств. дисперсией. При резонансном рассеянии излучения на ядрах вперёд среда является изотропной и негиротропной. Для магнитного дипольного перехода это же справедливо и в любом диф-ракц. направлении. В случае электрического квадру-польного перехода вектор обратной решётки Н характеризуется в пространстве некоторым направлением, поэтому возникает оптич. анизотропия свойств кристалла. Магн. и (или) электрич. сверхтонкое взаимодействие, которое приводит к снятию вырождения ядерных уровней, вносит дополнит. анизотропию. В присутствии сверхтонкого расщепления среда и в прямом направлении приобретает оптич. активность. На частотах ядерных g-переходов можно наблюдать хорошо выраженные эффекты частотной и пространств. дисперсии, а также естественной (т. е. вызванной внутр. сверхтонкими взаимодействиями) и наведённой внеш. полями оптич. активности и анизотропии. Для учёта ядерного резонансного вклада в рентгеновскую поляризуемость в (3) следует аддитивно добавить тензор ядерного структурного фактора. Температурное поведение ядерного вклада в рентгеновскую поляризуемость определяется фактором Лэмба - Мёссбауэра.

Для рентгеновской поляризуемости характерен ряд особых симметрийных соотношений, в которых наряду с тензорными индексами (i, j)и волновым вектором k участвует также и вектор обратной решётки Н. Напр., применение флуктуационно-диссипационной теоремы с учётом (3) для непоглощаю-щего кристалла приводит к следующему симметрийному соотношению:

из которого следует эквивалентность отражений с вектором дифракции Н и - Н (закон Fриделя). Следовательно, с помощью дифракции нельзя различить центросимметричные и нецентросимметричные кристаллы.

Рентгеновская поляризуемость обычным образом связана с диэлектрической проницаемостью

Для направления рассеяния вперёд

можно ввести показатель преломления

где

- структурный фактор рассеяния на нулевой угол,

-единичные векторы поляризации падающего p рассеянного излучений. Показатель преломления

меньше единицы на

Это означает, что эффекты преломления в рентг. диапазоне очень слабы, а среда имеет меньшую оптич. плотность, чем вакуум. В соответствии с этим в рентг. оптике говорят о полном внешнем отражении, критич. угол которого выражается через нулевую фурье-компоненту рентгеновской поляризуемости:

Мнимая часть рентгеновской поляризуемости определяет линейный коэф. поглощения излучения в среде:

Эффекты локального поля в рентг. диапазоне чрезвычайно малы и никогда не учитываются.

Несовершенства строения реального кристалла (точечные дефекты, дислокации, деформации и т. д.), если их присутствие не ведёт к изменению рассеивающей способности атомов, можно описать, введя функцию смещения узла кристаллич. решётки

Тогда в координатном пространстве рентгеновской поляризуемости уже не является перио-дич. функцией и приближённо её можно задать выражением

При достаточно малых смещениях кристалл по-прежнему характеризуется набором рентгеновской поляризуемости для каждого дифракционного направления, однако в этом случае фурье-компоненты рентгеновской поляризуемости являются ещё и функциями координат:

Зависимость рентгеновской поляризуемости. от координат ведёт к размыванию и деформации дифракц. максимумов. Напр., если

имеет гармонич. зависимость от координат, то рентгеновская поляризуемость отлична от нуля не только в направлениях

но и в близких к ним направлениях

(т. н. сателлиты), где q - волновой вектор функции смещения

- порядок сателлита; сателлиты одного номера, но с противоположными знаками располагаются симметрично относительно осн. максимума.

Рентгеновская поляризуемость для аморфных веществ и жидкостей, где существует лишь ближний порядок в расположении атомов, не имеет таких ярких физ. проявлений, как в кристаллах. Рентгеновская поляризуемость, как и поляризуемость в др. диапазонах электромагнитн. спектра, является универсальной характеристикой диэлектрич. свойств среды. С её помощью возможно описание всех оптич. явлений в рентг. диапазоне, и прежде всего дифракции.

Литература по рентгеновской поляризуемости

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

Рентгеновская оляризуемость

Литература по рентгеновской поляризуемости