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与诺贝尔奖擦肩而过,硬γ射线的反常吸收和特殊辐射的发现者

科学探索万象经验2023-09-16

赵忠尧是我国著名的物理学家,被誉为中国核物理事业的先驱者和奠基人之一。他在美国加州理工学院攻读博士学位期间,做出了一个重要的物理发现,即硬γ射线在物质中的反常吸收和特殊辐射,这是正负电子对的产生和湮灭过程的最早实验证据,对量子电动力学理论的发展有重要意义。

硬γ射线是指能量高于1MeV的γ射线,它是一种高能电磁辐射,可以穿透物质。当硬γ射线通过物质时,它会与物质中的原子核和电子发生相互作用,导致射线的能量和方向发生变化。这种变化可以用吸收系数和散射截面来描述。吸收系数表示射线在单位厚度的物质中能量损失的比例,散射截面表示射线与物质原子发生散射的概率。

根据康普顿效应,硬γ射线与自由电子发生散射时,会将部分能量转移给电子,使电子获得动能,并使γ光子的能量降低和方向改变。康普顿效应是经典电动力学理论的一个重要结果,它可以用克莱因-仁科公式来计算吸收系数和散射截面。但是,在1920年代末,量子力学已经开始取代经典力学成为物理学的主流理论,而量子力学对于硬γ射线与物质的相互作用有更深刻的解释。

1928年,英国物理学家保罗·狄拉克提出了一个描述电子运动的方程式,即狄拉克方程。这个方程式不仅符合相对论原理,而且也符合量子力学原理。狄拉克方程有一个惊人的结果,就是它预言了存在一种与电子具有相同质量但相反电荷的粒子,即正电子。正电子是一种反物质,它与电子相遇时会相互湮灭,并放出两个能量相等且方向相反的γ光子。