Efecte Ramsauer–Townsend

El efecte Ramsauer-Townsend, també cridat efecte Ramsauer o efecte Townsend, és un fenomen físic que involucra dispersió d'electrons de baixa energia per àtoms d'un gas noble. Degut a que la seua explicació requerix de la teoria ondulatoria de la mecànica quàntica, mostra la necessitat de teories físiques més sofisticades que la física Newtoniana.

Definicions

Quan un electró es mou a través d'un gas, la seua interacció en els àtoms del gas genera una dispersió. Estes interaccions estan classificades com inelásticas, quan causen excitació o ionisació del àtom del gas, i elàstiques quan no la causen.

La provabilitat de dispersió en tal sistema es definix com el número d'electrons dispersats per unitat de corrent, per unitat de llongitut de camí, per unitat de pressió a 0 °C, per unitat d'àngul sòlit. El número de colisions és igual al número total d'electrons dispersats, tant elàstica com inelásticamente, en tot àngul sòlit. La provabilitat de colisió és el número total de colisions per unitat de corrent d'electrons per unitat de llongitut de camí per unitat de pressió a 0 °C.

Degut a que els àtoms d'un gas noble tenen una energia de ionisació relativament alta i els electrons no tenen suficient energia per a causar nivells electrònics excitats, l'ionisació i l'excitació de l'àtom són poc provables i la provabilitat de dispersió elàstica sobretot l'àngul sòlit és igual a la provabilitat de colisió.

Descripció

Este efecte va ser nomenat aixina pel físic alemà Carl Ramsauer (1879-1955) i el físic-matemàtic irlandés John Sealy Townsend (1868-1957), els qui, independentment, varen estudiar les colisions entre àtoms i electrons de baixa energia a inicis de la década de 1920.

Si es tracta de predir la provabilitat de colisió en un model clàssic que considera a l'electró i a l'àtom com a esferes dures, es troba que la provabilitat de colisió disminuïx monòtonament quan aumenta l'energia de l'electró. No obstant, Ramsauer i Townsend varen trobar que per a electrons de baixa velocitat en colisió en argón, kriptón o xenón, la provabilitat de colisió entre els electrons i els àtoms del gas té un valor mínim per a certa energia cinètica dels electrons, (per eixemple, ___MATH_0___ per al xenón)

No existia una explicació convincent d'este fenomen abans de l'introducció de la mecànica quàntica, la qual explica este efecte com a resultat de les propietats ondulatorias de l'electró. Un model simple de la colisió que fa us de la teoria ondulatoria pot predir l'existència del mínim de Ramsauer-Townsend vist experimentalment.

La predicció teoríca de que l'energia cinètica produïx el mínim de Ramsauer-Townsend és complicat, ya que el problema involucra efectes relativistes, intercanvi d'electrons i polarisació d'espin. No obstant, el problema ha segut extensament investigat, tant experimental com teòricament.