Polarisation der Elektronen in magnetischen Feldern

166

(Aus dem Forschungsinstitut der AEG.)

Polarisation der Elektronen in magnet i schen Feldern.

Von E. Rupp.

Mit 7 Abbildungen. (Eingegangen am 7. Juni 1934.)

Es werden neue Versuehe fiber die Polarisation der Elektronen bei zweimaliger Reflexion um 900 mitgeteilt. Der Analysator wird gedreht und die Elektronen- verteilung im Azimutwinkel wird photographiseh registriert. ~Iit Elektronen yon 250 kV betr~gt die Polarisation an Goldfolien etwa 10%. In longitudinalen Magnetfeldern wird eine Drehung des Polarisationsmaximums in der Azimutal- ebene nachgewiesen. In einem transversalen Magnetfeld bestimmter Starke parallel zur Einfallsebene wird das Polarisationsmaximum aus der Azimutalebene heraus in die Richtung des Elektronenstrahles gedreht und damit dem Nachweis in der Azimutalebene entzogen. Die Drehung des Polarisationsmaximums in der Azimutalebene bzw. aus der Azimutalebene heraus s~eht im Einklang mit rechnerischen Uberlegungen. Die Versuchsergebnisse werden dureh Kreisel- iiberlegungen nur dann gut wiedergegeben, wenn man die relativistische Zeit-

verzSgerung in der Rechnung berfieksiehtigt.

1. Aufgabenstellung. In zwei vorhergehenden Untersuehungen 1) wurde der Naehweis einer Polarisation der Elektronen bei zweimaliger Streuung um 900 erbracht und die Abh~ngigkeit der Polarisation yon der

Strahlgesehwindigkeit fi]r Gold und Thallium gemessen. So wurde bei 250 kV gefunden, dal3 der Elektronenstrahl, der zweimal um 900 im gleiehen

Drehsinn an Gold gestreut worden war, um 9 his 10 % intensiver war, als

der Strahl mit Umkehrung des Drehsinns. Das Polarisationsmaximum konnte durch ein transversales Magnetfeld passender St~rke, dessen Kraft-

linien parallel zur Einfallsebene des Elektronenstrahles lagen, aus der Azimutalebene heraus in die Strahlriehtung hineingedreh~ und somit zum ,,Versehwinden" gebraeht werden, d. h. dem Naehweis in der Azimutalebene entzogen werden. Der Kt~rze halber sei im ~olgenden dieser Vorgang als ,,Versehwinden der Polarisation" bezeiehnet.

Die vorliegende Untersuehung befal~t sich ebenfalls mi~ der Polarisation der Elektronen bei zweimaliger Streuung um 900 an Gold. Die Strahl- geschwindigkeit wird zu 250 kV gew~hlt. Im Gegensatz zu den friiheren Untersuehungen ist der Analysator drehbar angeordnet, so dal3 die Elek- tronenstreuung in versehiedenen Azimutwinkeln gemessen werden kann. Der Elektronenstrom vom Analysator zum Auff~nger wird w~hrend der Drehung photographiseh registriert.

x) E. Rupp, ZS. f. Phys. 79, 642, 1932; 88, 242, 1934.

Polarisation der Elektronen in magnetischen Feldern. 167

Der ttaup~teil der Un~ersuchung behandel~ das Verhalten der Elek-

tronenpolarisation in magnetisehen Liings- und Querfeldern. Die Drehung tier Polarisation ira L~ngsfeld und ihr Versehwinden im Querfeld wird messend veriolgt. Die !Resultate werden dureh Kreiseliiberlegungen nur dann gut wiedergegeben, wenn man die relativistisehe ZeitverzSgerung in der 1Reehnung benieksich~igt.

2. Versuehsverfahren. Die Fig. 1 zeigt das Versuehssehem~. Ein Elektronenstrahl yon 250 kV wird zuni~ehst an tier diinnen Goldfolie P polarisiert. Eine zweite di~nne Goldfolie A dient als Analysator der Polari- sation. Sie wird zusammen mit dem Auffi~nger F um PA als Achse gedreht, so dal] die Azimutverteilung der Elektronen registriert werden kann. In der Stellung der Fig. 1 sei der Azimu~winkel mit 0 ~ bezeiehnet. Die Zeichen- ebene sei Einfallsebene E genannt. Zwisehen Analysator mad Polarisator werden magnetische X Felder eingefiigt. Die Kraftlinien des Liings- feldes laufen parallel zum Strahl zwisehen P und A. Bei Anwendung des Querfeldes stehen die Kraftlinien senkrecht zum Elektronen- zo~ . . . . . . . -(1 oo strahl zwisehen P und A. Das Querfeld kann

Fig. 1. dann noch zwei Hauptrichtungen haben: Schema derYersuchsanordnung. Einmal verlaufen die Kraftlinien parallel der Einfallsebene E, alas andere Mal stehen sie senkreoht zu E. Versuche mit Aluminiumfolien (Abschnitt 6) gestatten eine Kontrolle der Versuehs-

anordnung auf Fehler geometrisehen und elektrisehen Ursprungs.

3. Beschreibung der Versuchsr6hre mit magnetisehem Quer/eld. Die VersuchsrShre ist in der Fig. 2 halbschematisch dargestellt. Die Hoeh- spannungsrShre bis zur Goldfolie P ist dieselbe wie frfiher besohrieben 1) (siehe dortige Fig. 2); die yon P u m 90 o gestreuten Elektronen gelangen dureh die zwei 1Rundblenden b I u n d b e yon 0,5 mm Durchmesser zum Analysator A. Die Entfernung b 1 b~ ist 100 ram. Die Blenden mit ihren Fassungen dienen gleichzeitig zur Absehirmung des Magnetfeldes. Sie sind unterteilt und jede besteht aus vier Blechen yon 0,5 mm Dicke aus Permalloy. Die Magnetspule M umgibt das hier auf 20 mm Durchmesser verjhngte Glasrohr. Das Maguetfeld aul~erhalb der GlasrShre wird ebenfalls dutch Bleehe aus Permalloy bzw. Mu-Metall abgeschirmt. Diese Sehirme sind in der Fig. 2 nicht eingezeichnet. Die Eiohung tier Spule wird im Abschnitt 9 beschrieben.

1) ZS. f. Phys. 79, 642, 1932.

168 E. Rupp,

Des Innere der Blendenr6hre enth~lt 8eheiben aus Wolframbleehl), um RSntgenstrahlen abzuhalten; der l~Shhrenteil mit dem Analysator A ist im Bleibleoh eingeschlossen.

Der Analysator A, eine diinne Goldfolie, ist zusammen mit dem Auf- fs F drehbar angeordnet. Die Drehung erfolgt mittels des Eisen- ankers E, der dutch einen Magneten aul~erhalb der RShre bewegt wird.

Magnet und Anker sind ~ ~ ~ in 3'Iu-Metalleingekapselt.

Der quarzisolierte Fara- day-K~fig ist fiber einen

/ Sehleifbiigel mit dem _ Ring R verbunden, der

~ f ~ ~ dureh eine Einsehmelzung an ein Fadenelektrometer angesehlossen ist. Der

Fig. 2. l~ing R ist veto Geh~iuse VersuchsrOhre mit longitudinalem

~agnetfeld. isoliert und statiseh ge- l sehtitzt. Die Kappe vor

dem Faraday-Kgfig hat O, mm 0ffnung, die durch eine Goldfolie verschlossen ist, um langsame Elektronen veto Auffgnger ~bzuhalten. Der Elektronenstrahl l~uft yon der Anode an in geerdeten Kupferhiflsen. Alle Metallteile werden dutch ttoehfrequenz ausgeheizt. Eine grebe Stahlpumpe evakuiert die RShre.

4. Elektrische Me[3anordnung. Die Messung der Hochspannung erfolgt mit einem Starke-SchrSdersehen Elektrometer. Die in den Auff~ngerF gelangenden Elektronen werden mittels eines Einfadenelektrometers mit Widers~andsablei~ung gemessen. Das EIektrometer mit alien Zu- leitungen befindet sieh in einem mit Bleiblech ausgesehlagenen Kasten. Die Aussehlage des Fadens werden photographiseh registriert. Dazu ist die Vorw~rtsbewegung des photographisehen Papiers mit der Drehung des Eisenankers E gekuppelt. Zur genauen Bestimmung des Azimut- winkels wird nach je 45 o Drehung des Ankers eine Lichtmarke aui des Papier gedruekt. Die photographisehe Regi~trierung ermSglicht ein sehnelleres Arbeiten als die subjektive Ablesung. Die Aufnahmetrommel dreht sieh in etwa 2 Minuten um 360 ~

Die elektrometrische Messung mit Ableitewiderstand arbeitet viel st6rungsfreier als die Messung mit Versti~rkerrShre und Galvanometer.

~) In Fig. 2 nicht eingezeichnet.

Polarisation der Elektronen in magnetischen Feldern. 169

5. Mefikontrollen. Der Strom vom Gltihdraht G zur Anode wird laufend abgelesen. Er betrs 0,5 bis 2 mA. Anderungen dieses Stromes bedingen entsprechende ~nderungen der Elektrometeraufladung und da- mit der l~egistrierkurve. Es werden daher nut solehe Registrierkurven ausgewertet, w~hrend deren Aufnahme der Anodenstrom keine merkliehen Schwankungen zeigte.

Wiirde der Faraday-K~ifig F beim Drehen mehr oder weniger stark yon l~Sntgenstrahlen aus den Metallteilen der RShre getroffen, so kSnnten leicht periodische Sehwankungen in den Registrierkurven vorgetAuseht werden. DaI~ solehe StSrungen jedoch nieht auftraten, wird dureh den folgenden Leerversuch erwiesen: Der Platz der Goldfolie bei A wird frei- gelassen und die RShre nur mR einer Goldfolie bei P in Betrieb genommen. Bei 250 kV weisen jetzt die Registrierkurven keinerlei periodisehe Schwan- kungen auf, sondern lediglieh einen geringen konstanten Aussehlag. Dieser Ausschlag wird bei den Messungen zur Feststellung des Polarisations- betrages in Abzug gebracht. Er ist grol~enteiis durch Streuelektronen verursaeht, denn er geht stark zurtiek, wenn man den Elektronenstrahl zwischen P und A durch einen Magneten ablenkt.

Die Elektrometerempfindliehkeit wird laufend kontrolliert und so eingestellt, dal~ der Ausschlag bei 0 ~ etwa 40 Skt. grol~ ist. Anderungen des Ausschlages um 1/2 Ski. kSnnen noeh deutlieh auf den l%egistrier- kurven abgelesen werden. Wird der Anodenstrom ge~,ndert, so wird die Elektrometerempfindliehkei~ entsprechend naehreguliert, bis der Aus- sehlag wieder 40 Skt. betr~gt. Fiir die in Betracht kommenden Versuchs- zeiten (eine Umdrehung des Analysators in 2 Minuten) stellt sieh der Elektrometerfaden triigheitsfrei ein.

Fehler in der Bestimmung des Azimutwinkels sind dadureh vermieden, dal] die Trommel, die naeh einer Drehnng um 450 jeweils den Liehtstrahl freigibt, auf derselben Aehse wie die l%egistriertrommel sitzt. Das erd- magnetische Feld war kompensiert ebenso wie in tier friiheren Untersuehung. Die Metallfolien wurden dutch Aufdampfen im ttochvaknum hergestelR und loehfreie Folien ausgew~hlt. Die Folien wurden wiederholt aus- gewechselt, ohne dal3 sich dadurch andere Polarisationsbetrage ergeben h~tten.

6. Kontrollversuche mit Aluminium/olien. Zur Kontrolle der Apparatur wurden zun~ehst anstelle der Goldfolien bei P und A Aluminiumfolien angebracht. Da die Polarisation stark mit der Ordnungszahl des l~eflektors zunimmtl), waren in diesem Falle keine

1) Vgl. E. Rupp, Phys. ZS. 33, 161, 1932. 11"

170 E. Rupp,

merklichen Sehwankungen der zweimal reflektierten Elektronen beim Drehen des Analysators A zu erwarten. Eine derartige Registrierkurve ist in der Fig. 3a wiedergegeben. Abszisse ist der Azimutwinkel mit den angegebenen Winkelwerten. Ordinate ist der Elektrometeraussehlag. Auf dem l~egistrierpapier entsprechen 0,8 ram etwa 1 Skt. Anderung des Aus- schlages. Ein Ausweiehen der Kurve naeh unten bedeutet Abnahme des Ausschlages.

Bei der zweimaligen Streuung an Aluminium treten keine perio- disehen Anderungen auf. Die Registrierkurve zeigt lediglieh einen gleiehm/~Bigen Gang, der auf eine geringe zeitliche Intensitgtsabnahme des auf P auftreffenden Strahles zuriickzufiihren ist. Durch diese Messungen ist nachgewiesen, dag die Apparatur zur Durehfahrung der Polarisationsuntersuchungen geeignet ist und dal] eine StSrung dureh RSntgenstrahlen nicht auftritt. Dureh besondere Versuehe wurde nachgepri]ft, dab aueh bei Anschalten des magnetischen Querfeldes keine periodisehen Sehwankungen auftraten.

7. Messungen an Gold ohne Magnet[eld. Nun werden die Goldfolien (Dieke etwa 10 ~z) in die RShre eingebracht und die gleiehen ]~egistrierungen bei der gleiehen Spannung yon 9~50 kV ausgefi~hrt. In Fig. 3 b ist eine solehe

Nullinie a.

Nullinie b.

Fig. 3. u ohne Magnetfeld. 250 kV. a) Kontrol le an Aluminium. b) Polarisation an Gold.

Die Fig. 3, 5 und 7 sind im Verh~ltnis 1 : 1,5 verkleiner t gegeniiber den Originalaufnahmen.

~egistrierkurve wiedergegeben, die auf dasse]be photographische Papier wie die Fig. 8a aufgenommen worden ist. Man erkennt deutlieh eine periodische Stromsehwankung mit, einem Maximum fiir 0 ~ und einem Mini- mum fiir 180% Die Abweichung zwischen Maximum und Minimum betrggt etwa 4 Skt. bei einem Absolutaussehlag yon 40 Skt. Die Polarisation hat also eine GrSl3e yon etwa 10% in Ubereinstimmung mit den fri;lheren oben zitierten Messungen 1) an einem Golddraht. Ebenso liegt alas Maximum

1) E. Rupp, ZS.f. Phys. 19, 642, 1932.

Polarisation der Elektronen in magnetischen Feldern. 171

bei dem Azimutwinkel, wo zweimalige Streuung im gleichen Drehsinn

stattgefunden hat (siehe Fig. 1). Ausfi~hrliche Angaben i~ber die Winkel-

lagen der Maxima und Minima sind weiter unten in der Tabelle 1 zusammen-

gestellt.

8. Beeinflussung der Polarisation dutch magnetische Felderl). In einem

~fagnetfeld beschreibt ein magnetisches Elektron eine Pr~zession, deren Periode T o yon der Feldst~rke H abh~ngig ist, gem~l]

2 ~ m e T o = (1) eH

DuTch das Magnetfeld kSnnen nur solehe Komponenten des Elektronen- spins beeinflul3t werden, die senkreeht zu den Kraftlinien stehen.

Ein longitudinc, les Magnetfeld kann daher nur diejenigen Spin-

kornponenten beeinflussen, die senkreeht zum Elektronenstrahl stehen. Es wird diese Spinkomponenten als Ganzes um die Strahlriehtung herum-

drehen entspreehend der Pr~zessionsdrehung eines einzelnen Elektrons. So wird sieh bei Zunahme des Magnetfeldes das Maximum der Elektronen-

polarisation yon 0 ~ weg zu einem anderen Azimutwinkel versehieben. Die Winkeldrehung kann leieht bereehnet werden. Far einen ruhenden

Elektronenkreisel, auf den w~hrend der Zeit t ein Magnetfeld H einwirkt,

ist der Drehwinkel gegeben dureh 2 ~ t

~o = �9 (9') 3 o

Durehflieg~ alas Elektron in einem Magnetfeld in Riehtung des Feldes die Streeke 1 mit tier Geschwindigkeit v, so wirkt das ~agnetfeld w~hrend

der Zeit t = 1Iv auf den Elektronenkreisel ein. Nun betr~gt bei unseren Versuehen mit 9.50 kV die Strahlgesehwindig-

keit v 74~ der Liehtgesehwindigkeit. Naeh der speziellen I~elativit~ts-

V theorie ist der Lauf einer bewegten Uhr um den Faktor 1 -

verzSgert. Das gilt unabh~ngig yon der besonderen Beseh~ffenheit der Uhr und man daft erwarten, da der pr~zedierende Elektronenkreisel ja aueh

eine Uhr dars~ellt, dal3 die Pr~zessionsperiode v des in der ~iehtung des magnetisehen Feldes bewegten Elektrons um den gleiehen Faktor grSl3er

is~ als die Pr~zessionsperiode T o des irn Felde ruhenden Elektrons. Der zu erwartende Drehwinkel ist also

= To v me~/~

1) E. Rupp u. L. Szi lard. Naturwissenseh. 19, 422, 1931.

172 E. Rupp,

Die Versuche ira Liingsfeld gestatten demnach Aussagen i~ber die GrSBe tier Prgzessionsperiode und fiber die relativistische ZeitverzSgerung.

Liii~t man ein transversales Magnetfeld auI den polarisierten Elektronen- strahl einwirken, so daft man auBerdem noeh Aafschltisse ilber die Spin- verteilung in bezug zur Einfaltsebene E erwarten. Da der Elektronenstrahl dureh das transversale l%ld aber abgelenkt wird, muB die Ablenkung durch ein elektrisches Feld ~ kompensiert werden, alas senkrecht zum

Magnetfeld H steht. Beide Felder mtissen der Gleiehung ~ ~ 300 V H C

gemgB so aufeinander abgepaBt werden, dab yore bewegten System aus betrachtet kein elektrisches Feld vorhanden ist. Dann tritt an Stelle der Gleichung (3) die neue

2~l e H l (p' - - (1 - - fl~) = (1 --//~), (4)

T O V

in der sieh der relativistische EinfluB besonders stark geltend maeht. Sind die Spinkomponenten senkrecht zum Elektronenstrahl um die

Strahlachse gleichm/~Big verteilt, so ist es einerlei, wie das transversale Magnetfeld zur Einfallsebene E orientiert ist. Bevorzugen die Komponenten aber beispielsweise die Riehtung senkreeht zur Einfallsebene, so wird ein transversales Magnetfeld, dessen Kraftlinien ebenfalls senkreeht zur Einfalls- ebene verlaufen, die Elektronenkreisel nicht beeinflussen. Anders abet ein transversates 1%1d, dessert Kraftlinien parallel der Einfallsebene E liegen. Es ist dann zu erwarten, dab bei einer bestimmten Feldst/~rke, die einem Drehwinkel ~s '= 900 entsprieht, die Spinkomponenten um die Strahlaehse symmetrisch verteilt sin& In diesem Falle wird die Polari- sation der Elektronen in der Azimutalebene verschwinden.

ErhShen wir das Magnetfeld auf den doppelten Betrag bis zum Dreh- winkel (p' ~-180 ~ so werden sich alle Richtungen der Spinkomponenten umkehren und das Intensit/~tsmaximum, das lgr H = 0 bei 0 ~ lag, wird jetzt bei 180 o zu erwarten sein.

9. Die Elektronenpolarisation im longitudinalen Magnet[eld. Wie erw~hnt, ist die VersuchsrShre in der Fig. 2 dargestellt. Vor dem Einbau der Spule in die RShre wurde das Magnetfeld topographisch vermessen. Die Spule hat etwa 2500 Windungen aus 0,4 mm starkem Draht. Die Lgnge der Spule betr~igt 100 ram, ihr Innendurchmesser 24,5 ram. Zur Messung der Feldverteilung dient eine Probespule yon 20 Wincitmgen, die parallel der Spulenaehse in versehiedenen Entfernungen veto Spulenende aufgestellt wird.

Polarisation der Elektronen in magnetischen Feldern. 173

Far einen Spulenstrom yon 0,985 Amp. ist das Ergebnis der Messung

in der Fig. 4 dargestellt. Abszisse ist die Spulenl~nge l in ram, Ordinate

die Feldst~rke in Gaul'. Belegt man die einzelnen Feldmessungen mit

Oewichten entsprechend den Weg- strecken, auf denen sie gelten, so erh~lt man als Mittelwert far das

Spuleninnere 278 Gaul3. Aul3erhalb der Blenden b 1 b 2 sinkt die Fe]d-

st~rke sehr rasch ab. Sie betr~gt zwischen 5 bis 10 mm Entfernung

yore Spulenende 24 (rechte Seite) bzw. 28 (linke Seite) Gaul3.

Mit diesem !\~agnetfeld

H ~ 278 Gaul~ ist eine Verdrehung

der Polarisation um F ~-860 zu

erwarten, wenn 1 ~ 10cm und v / c : 0,74 entsprechend 250 kV.

Die Polarisationsmessungen wurden wieder photographisch re-

gistriert. In tier Fig. 5 sind solche ~egistrierkurven wiedergegeben,

o

-qO0- i 1 El o o--30~- o -200-

-/0O-

c~ i [ i I i i i i i i [ i i i i [ I -I0 0 I0 ZO 30 r 50 60 70 80 :0 lO0 /'/O:nn~

Fig. 4. germessung der Magnetspule.

Fig. 5. Versuche im longitudinalen Magnetfeld. a . H ~ 0, b . H ~ - ] - 278Gaul',

c . H ~ - - 278 Gaut~. Die Nullinien sind weggefal len, sie liegen hier und in Fig. 7 e twa 21 mm unter der jeweiligen

]~urve.

die m~mittelbar nacheinander aufgenommen worden sind. Kurve a gilt far H =- O. Das Maximum der Polarisation liegt bei 0 ~ das Minimum bei 180%

Bei der Kurve b betr~gt das Magnetfeld + 278 Gaulk Das Maximumist jetzt urn etwa 900 verdreht und ebenso das Minimum. Bei der Kurve c flieJ~t

der Strom in der Magnetspule umgekehrt, die Feldst~rke ist also - - 278 Gaul]. Jetzt ist eine Verdrehung um etwa 900 ira umgekehrten Sinne gegentiber der Kurve a festzustellen. Wo in der Kurve b ein Maximum lag, liegt jetzt

ein Minimum, die Verdrehung zwischen der Kurve b und c betr~gt also

etwa 180 ~ Uber alas Vorzeichen der. Drehung ist folgendes zu sagen: Fliel3t

der Strom in der Magnetspuie yon ~ n a c h - im Sinne des Uhrzeigers ( + 278 Gaul]), so erfolgt die Verdrehung des Polarisationsmaximums

ebenfalls im Sinne des Uhrzeigers. Kehrt man die Stromrichtung urn, so kehrt sich auch die Verdrehung urn.

Die folgende Tabelle 1 gibt eine Zusammenstellung der Lage der Maxima und Minima far eine grSl]ere Anzahl ~egistrierkurven. In der ersten Spalte ist die Nummer der Registrierkurve angefahrt. Der Fehler in der Bestimmung des Azimutwinkels betr~gt infolge tier Breite der Maxima

174 E. Rupp,

• 100. In tier un te r s ten Zeile sind die Mit te lwerte der Winkel lagen an-

gegeben. Tabelle 1.

L a g e de r M a x i m a u n d M i n i m a be i v e r s c h i e d e n e n F e l d s t ~ r k e n H i m l o n g i t u d i n a l e n F e l d .

Nr.

28 32 34 35 38 72 76 84 86

Mittel

H = 0 2. max. 1.m= Ilm -. I I

10 o 1800 10 o 0 180 - -10

10 170 0 10 190 - - 5

- -10 170 - - 5 10 190 10 5 185 10 0 190 - -10 0 180 5

40 182o I 0 o

Nr. H = + 278 Gaul~ Hr. 1. max. I 1. min. I 2. max.

2800 270 270 280 260 270 260 280 280

272 o

36 1100 40 80 41 80 43 80 45 90 49 90 52 80 53 100 54 100

900

90 o 90 80 90

110 110 90

100 90

940

37 39 56 58 62 63 64 66 69

H ~ 278 C-aug

, 1.rain. I U.m~x. I 2. min.

1000 2800 1000 90 280 100 80 280 90 80 260 110 90 280 100 80 270 80 8O 270 100 90 260 90

100 270 100

880 2720 960

Die Verd rehungen ~ erhMt man dadurch, dab man die Winkel-

differenzen der Mi t te lwer te entsprechender Spal ten bildet. Man f indet so

-~ 278 zu 0 Gaul3 860 - - 900 - - 94 ~

- - 278 zu 0 Gaui~ (92 ~ - - 940 - - 88 ~

Der Fehler in dieser B e s t i m m u n g betr~gt ~ 10 ~ Nach der Rechnung

ist, wie oben angegeben, eine Verdrehung rf ~_ 860 zu erwarten. Dieser

Wer~ ist demnach innerha lb der Versuchsfehler in Ubere ins t immung mi t

den exper imente l l gefundenen.

0 h n e Ber i icks icht igung der re la t iv is t ischen Zei tverzSgerung w/ire

ein Drehwinke l yon 1260 zu erwarten. Die Abweichung gegeni iber den

bier gemessenen Verclrehungen ist so groin, dal~ aus unseren Versuchen

auf die Gii l t igkeit der relat ivis t isohen Formel gesehlossen werden darf.

10. Die Elektronenpolarisation im transversalen Magneqeld. Mit

e inem ~ransversalen Magnetfeld wurden nur solche Versuche ausgefi ihrt ,

in denen die Kraf t l in ien paral lel zur Einfal lsebene E verl iefen. In diesem

Fal le ist ein Verschwinden der Polar isa t ion bei e inem Magnetfe ld yon

440 Gaul~ zu erwar ten , wenn I ~- 10 cm und v/c ~ 0,74 ist.

Die u is~ in Fig. 6 dargestel l t . Bis auf die Drehvor r i ch tung

fiir den Ana lysa to r A ist sie genau so gebau~ wie die fri:~her beschriebene

:RShre 1) (a.a. 0 . , dort ige Fig. 4). E in E l ek t romagne t mi t E isenkern und mi t

Po lschuhen im Innern der RShre liefert das t ransversale Feld. Die Liinge der

1) E. R u p p , ZS.f . Phys. 79, 650, 1932.

Polarisation der Elektronen in magnetischen F+ldern. 175

Polschuhe betr~gt l -- 10 era. An beiden Enden tragen sie die unterteilten

Blendenbleche aus Permalloy zur Abschirmung des Magnetfeldes. Die Blenden~ffnung ist 0,5 ram. Der Abstand der Polschuhe betrggt 10 ram. Der Streuflul~ des Magnetfeldes ist durch Panzerung der ganzen Spule abgeschirmt.

Zur Kompensierung der magnetischen Strahlablenkung dienen zwei Elektroden, yon denen die obere in tier Fig. 6 zwischen den Polschuhen

J . 6 . it transversalem :etfeld.

sichtbar ist. Ihre Lgnge ist 10 era, der Elektrodenabstand 4 ram. Die kom- pensierende elektrisGhe Spannung wird an einen Potentiometerwiderstand abgegriffen. Sis wurde empirisch zu 39400 Volt bei einem Magnetfeld yon 440 Gaul3 bzw. 81200 Volt bei dem doppelt so gro~en Feld yon 880 Gaul~ ermittelt. Da~ sie bei dem doppelt so grol~en Magnetfeld etwas h6her als doppelt so gro~ gew~hlt werden mul~te, liegt wahrscheinlich an SprOhverlusten. Das Magnetfeld zwischen den Polschuhen wurde topo- graphisch vermessen mittels einer Probespule und mittels einer Wismut- spirale. Sein Mittelwert ist 440 • 20 Gaul~ in der einen VersuGhsreihe, bzw. 880 :~ 30 Gaul3 in der anderen. Unmittelbar aul~erhalb der Blenden sinkt es auf 30 Gaul~ und nimmt mit der Entfernung yon den Blenden raseh noeh weiter ab.

In der Fig. 7 sind drei nacheinander aufgenommene t~egistrierkurven bei verschiedenen Magnetfeldern wiedergegeben. Far H = 0 (Kurve a) haben wit wieder das Maximum bei 0 ~ und das Minimum bei 180 ~ Wird jetzt ein Magnetfeld yon 440 Gaul~ eingeschaltet, so erhglt man die Kurve b. I-Iier sind die periodischen Schwankungen v611ig verschwunden, nur noch ein schwacher gleichm~tl~iger Elektrometergang ist verblieben. Wird das Magnetfeld auf 880 Gau~ erh6ht (Kurve c), so linden wit nun ein Minimum

176 E. Rupp.

bei 0 ~ und ein Maximum bei 180 ~ Diese Kurve ist also gegeniiber der fiir H - - 0 um 1800 versehobenl).

Das Verschwinden der Polarisation bei 440 Gaul~ ist in Ubereinstimmung

mit den theoretischen Erwartungen gem~l~ der Gleichung (4). Leider ist die Genauigkeit, mit der das Verschwinden festgestellt werden kann, nicht

groin, denn bei geringen Polarisationsbetriigen werden die Maxima sehr

flach und ebenso stSrt die Breite

der l=~egistrierkurve. Die Fehler dtirften ~ 10% betragen.

])as Verschwinden der Polari- sation ist unabhi~ngig yore Vor-

zeichen des Magnetfeldes, wie dutch Fig. 7. Versuche im transversalen Magnetfeld. a. H = 0, b. H = 44O G~u~, c. H = SS0 Gau~. Umkehrung der Stromrichtung

nachgewiesen werden konnte. Da der relativistische Einflul3 sich gerade im Falle des transversalen

Feldes besonders stark bemerkbar macht (der Faktor ist 1 - f12, gegentiber dem in fast allen anderen Versuchen mit schnell bewegtem K6rper auf-

tretenden Faktor 1/1 --f12), sind diese Versuche trotz ihrer verhi~Itnism~13ig geringen Genauigkeit als ein neuer Naohweis ftir die Giiltigkeit der speziell~n Relativitiitstheorie for schnell bewegte Elektronen anzusprechen;

denn ohne Berticksichtigung des Faktors 1 --f l~ wiire das Verschwinden tier Polarisation an Stelle bei 440 Gaul] schon bei 200 Gaul3 zu erwarten.

1) Dal3 der Betrag der Polarisation ~tir 880 Gaul] abgenommen hat gegeniiber dem ftir H = 0, l~Bt sich nicht ohne weiteres erkliiren, wird aber wohl mit Inhomogenit~ten des Magnet~eldes in Zusammenhang stehen.