615

6. tfbm dCe PoZardeatCorr des a6kUn.gendm EanatstrahZl6clWs;

von E, R u p p (Aus dem Radiologischen Institut der Universitgt Heidelberg)

Die von einem Atom emittierte Lichtwelle ist neben Frequenz und Kohiirenzliinge noch durch ihren Polarisations- zustand charakterisiert. Es fragt sich, ob zwischen dem Polarisationszustand des emittierten Lichtquants und der Anordnung der Elektronenbahnen im Atom bestimmte Be- ziehungen bestehen. Bier fur sprechen unsere Kenntnisse uber die Resonanzstrahlung von Quecksilber- und Natrium- dampf in sehr schwachen Magnetfeldern. l) Weitere Aus- kunft lassen Untersuchungen iiber den Polarisationszustand des Kanalstrahllichtes erwarten. J. Stark , der die Erscheinnng der Polarisation des Lichtes der Kanalstrahlen entdeckte 3, schloB aus ihrer niiheren Unters~chung~), daB fur die Triiger der Wasserstofflinien ,,@eschwindigkeits-, StoB-und Beschleunigungs- achsen des Emissionselektrons angeniihert zusammenfallen". Im Leuchten des abklingenden Kanalstrahls, wenn also die Anordnung der Elektronenbahnen im Beobachtungsraum nicht mehr gestart wird, ist diese Polarisation der emittierten Licht- wellen noch ausgepriigter zu erkennen.3 Da au6er den Stark- schen Messungen an Kanalstrahlen im Umladeleuchten bei Beobachtung senkrecht zur Strahlrichtung keine quantitativen Kenntnisse des Polarisationsverhitnigses vorliegen , schien es wichtig, das Polarisationsverhilltnis des abklingenden Kanal- strahllichtes als Funktion des Visionswinkels eingehender zu

1) R. W. Wood, Phil. Mag. 44. S. 1101. 1922. 2) J. Stark, Verh. D. Phya. Ges. 8. S. 104. 1908. 3) J. Stark u. H. Lunelund, Ann. d. Phys. 46. S. 68. 1915. 4) E. Rupp, Ann. d. Phys. 79. S. 95. 1926. Die dortigen Angaben

beeiehen sic11 auf den magnetischen Vektor.

616 E. Rupp

untersuchen. Es kamen dabei Kanalstrahlen von Wasserstoff, Helium und Lithium im Abklingleuchten zur Verwendung, da fiir diese Atome einfachste Anordnung der Elektronen an- zunehmen ist.

Die aufgenommenen Strahlungsdiagramme zeigen allgemein, da6 der parallel zum Kanalstrahl schwingende Lichtvektor intensiver wird mit groBer werdendem Visionswinkel. Bei Beobachtung senkrecht zum Kanalstrahl ist stets die parallel zum Strahl polarisierte Intensitat groSer als die senkrecht zum Strahl polarisierte. Diese Anderung der Polarisation ist am groBten fur Wasserstoff und da wieder fur Wasserstoff der griiBeren Cleschwindigkeit. Fur die Linien der beiden anderen Elemente ist das Polarisationsverhdtnis vom Serientypus ab- hangig. Es ist besonders ausgepragt fur die Linie 2 p - 3d des Lithiums und fiir 2 p - m d und 2P - m B des Heliums, wahrend die Serienlinien 1,5 s - 231 und 2 p - m s des Lithiums und 2 p - 4s, 25 - 3P und 2 P - 45 des Heliums eine sehr geringe Polarisation erkennen lassen.

Die Strahlungsdiagramme lassen sich durch eine empirische Formel darstellen, die im Sinne der Maxwellschen Theorie als eine Orientierung der leuchtenden Atome zur Fortschreitungs- richtung zu deuten ware. Wahrscheinlicher erscheint jedoch ein Zusammenhang der Polarisation des abklingenden Kanal- strahllichtes mit den Kossel-Skinnerschen Versuchen uber Anregung polarisierten Leuchtens durch parallele Elektronen- strahlen. Man kann die hier gefundenen Ergebnisse als Um- kehrung polarisierten Leuchtens ungeordneter Atome durch parallele Elektronenstrahlen auffassen : Qeordnete Atome laufen in ungeordnete Molekiile oder Elektronen hinein und werden dabei zu polsrisiertem Leuchten angeregt.

Vereucheanordnung

Die elektrische Untersuchungsanordnung war die schon iifters benutzte. l) Wasserstoff- und Heliumkanalstrahlen wurden nach der StrGmungsmethode erzeugt; Lithiumkanal-

1) E. Rupp, Ann. d. Phys. 79. S. 4. 1926. 2) Urn Abklingleuchten zu erhalten, wurde entsprechend den An-

gaben vou W. Wien Luft beigemischt.

Ober die Polan.vation des abklingenden Kanalstrahllichtes 6 17

strahlen nach der gewohnlichen Anodenstrahlmethode. Die Versuchsrohre konnte um eine Achse senkrecht zur Fort- schreitungsrichtung des Strahls, die durch die Mitte des Kanals ging, gedreht werden und auf diese Weise wurde das Licht des abklingenden Kanalstrahls unter verschiedenem Visions- winkel aufgenommen.

Die optische Anordnung war Zihnlich wie bei Stark. Vor dem Spalt eines S t einheil schen Dreiprismenspektrographen befand sich ein Kalkspat, der den ordentlichen und den au6er- ordentlichen Strahl ubereinander auf einer photographischen Platte ab-

Lichtvektors zeigt Fig. 1. Die x-Achke

bildete. Die Stellung des Kalkspats und die Orientierung des elektrischen

falle zusammen mit der Fortschrei- tungsrichtung v des Kanalstrahls. I n Fig. 1 sind au6erdem die Schwingungs- ebenen des Kalkspats bei Visierung in Richtung des Strahls und senk- recht zur Richtung des Strahls an- gegeben. Die ubrigen verwendeten Stellungen liegen dazwischen. Der Visionswinkel sp wird von der x-Achse aus gezahlt.

Da eine Anvisierung unmittelbar in der x-Achse die durch den Kanalspalt hindurchscheinende Intensitat des Erzeugungs- raumes zur Messung mit hatte gelangen lassen, wurde als kleinster Visionswinkel loo zu dieser Richtung verwendet. Ferner stand der Kanalspalt mit seiner langeren Seite (3 mm) in Richtung z, mit seiner schmaleren Seite (0,3 mm) in Richtung y.

Die Geschwindigkeit der Wasserstoff kanalstrablen wurde aus dem Dopplereffekt bestimmt. Die Geschwindigkeit der Helium- und Lithiumstrahlen wurde nicht besonders gemessen, sondern nur auf Konstanz der Rbhrenspannung geachtet (4600 Volt).

Durch Kompensation des erdmagnetischen Feldes wurde nachgepriift, dab bei Wasserstoff und Helium kleine Magnet- felder keinen m erkbaren Einflu6 auf den Polarisationsgrad aus- uben. Bei Lithium scheint ein solcher EinfluB aufzutreten, was einer spilteren Untersuchung vorbehalten werden soll.

@

J 1, V k * .r

Fig. 1

Annden der Phyuik. IV. Folge. fit. 40

618 E. Rupp

Die Photometrierung

Die Umrechnung der Schwarzungen der photographischen Aufnahmen in Lichtintensitkten geschah nach folgender Methode, wobei der Schwarzungsindex nicht bekannt zu sein braucht. Es bedeute:

8, Schwiirzung, J, Lichtintensitiit parallel zum Strahl, S8 Schwarzung, J , Lichtintensitat senkrecht zum Strahl, w die wirkliche Intensitit, s die scheinbare, urn die Polarisation der Apparatur ge-

0 die polarisierte Intensitat der Apparatur, mit unpolari-

Es gilt

fdschte Intensitat,

siertem Glimmlicht ermittelt.

(-?),"= Um den Schwarzungsindex zu eliminieren, wurde zunachst

fur starkes Gllimmlicht im Beobachtungsraum das Verhaltnis ( %)o mit lichtelektrischer Zelle fiir die betreffende Spektral- linie gemessen. Fu r die rote Lithiumlinie, deren Licht auf diese Weise nicht mehr gemessen werden konnte, wird an- genommen, daS die polarisierenden Eigenschaften dieselben sind wie fur die blaugrunen Linien. Dann wurde mittels rotierender Bektoren dieses Glimmlicht auf einen solchen Be- trag geschwacht, daS fiir die langen Belichtungszeiten, wie sie fur die Kanalstrahlaufnahmen erforderlich sind (4-5 Stunden), die Schwarzungen durch Glimmlicht von ijhnlicher Grii8e werden wie die Schwilrzungen durch das Kanalstrahllicht und jedenfalls noch innerhalb der Normalschwarzung lagen. Bei gleichen Belichtungezeiten fur Qlimmlicht und Kanalstrahlen gilt dann

worin (*) und die Schwarzung bekannt sind. 0

Die Ausmessung der photographischen Aufnahmen geschah mittels lichtelektrischer Photometrierung. An photographischen

Uber die Polarisatioii des abklingenden Kanalstrahllichtes 6 19

Platten fanden Verwendang: Hauff Extrarapid und Agfa pan- chromatisch.

Die Korrekturen wegen Polarisation durch die Apparatur waren meivt gering, sie betrugen (8, - SJ0 = 0,02-0,04 gegen- uber (8, - SJ8 = 0,l-0,3.

Ergebnieee

Die Messungen sind in den folgenden Strahlungsdiagrammen und in den Tab. 1-3 niedergelegt. In den Strahlungs- diagrammen ist stets das Intensifatsverhaltnis des aul3er- ordentlichen Strahls zum ordentlichen Strahl J a 0 , also dae

Yerhaltnis der senhrecht zurn Strahl polarisierten Lichtintenitat zur parallel zutn Strahl polarisierten als Funktion des Esions- winkels sp aufgetragen. I n den Tabellen gibt die erste Spalte den Visionswinkel 9 an, die zweite Spalte die untersuchte Linie, die dritte Spalte das in den Kurven aufgetragene Intensitiits- verhiiltnis J,, . Bei Helium und Lithium stehen in einer

vierten Spalte die Serienbenennungen der Linien.

- 0

- 0

Wasserstoff Das Polarisationsverhattnis des abklingenden Kanalstrahl-

lichtes der Linien H8 und H,, wurde bei zwei verschiedenen Qeschwindigkeiten 3. lo7 cm/sec und 6,4 lo7 cmjseo ermittelt. (Spalte 3 nnd 4.)

Das Strahlungsdiagramm I und Tab. 1 lehren: Im Abklingleuchten nimmt das Verhiiltnis J,, der senk-

recht zum Strahl polarisierten Intensitat zur parallel zum Strahl polarisierten Intensitit stetig ab von dem Wert der Gleich- heit fur den Visionswinkel loo bis 0,7 bei der Geschwindig- keit 3.101 c m / ~ e c bzw. 0;65 bei der Geschwindigkeit 6,4 lo7 cm/sec fur den Visionswinkel 90°.

J, ,, wird also kleiner mit gro6erer Strahlgeschwindigkeit.

Im allgemeinen scheint J,, fur Hs kleiner als fur H, zu

sein, doch liegen die Unterschiede fast noch innerhalb der MeSfehler ; im Strahlungsdiagramm I wird daher mit einem einheitlichen Mittelwert gerechnet.

- 0

- 0

- 0

40*

620 E. Rupp

I: Wassersloff c

Fig. 2 Tsbel le 1 Wasaerstoff

J a 0 - 0

3.10'

1,oo 1,Ol

1,02 0,98

0,98

0,96

0,92 0,88 0,90 0,91 0,88 0,85 0,83 0,88 0,86 0,83 0,78 4 7 7 0,66 0,68 0,71 0,72 0,67 0,74 0,69 0,?2

6,4.10' == 100 ___-_

0,98

1 ,oo

30"

4 50

0,79

0,82

60°

0,64 900

0,67

- - 1, pc __ - 671

610

497

427

671 610 497 671

610

497

427 671 610 497

671

610

497 427

Tsbel le 2 Lithium - Ja 0 -

0

1 ,oo 0,98 0,98 1,01 0,98 1,02 0,97

0,99 0,88 0,97

0,98 0,96 0,83 0,77 0,95 0,98 0,94

0,94 0,78 0,91

0,90 0,92 0,70 0,69 0,88 0,89

ober die Polarisation des abklingvnden Xanuldrahllichtes 621

J. S t a r k und H. Lunelund finden fur Wasserstoffkanal- strahlen im Umladeleuchten etwas kleinere Polarisations- verhdtnisse, aber ebenfalls Abnahme des Polarisationsgradea mit sinkender Gewhwindigkeit und mit steigender Serien- nummer. Die hderungen mit der Seriennummer sind teil- weise grbBer als die hier gefundenen, doch auch unregelmiiBig (fur H, einmal groBer als fir HB), so daS ge~icherte Ab- weichungen gegentiber unseren Ergebnissen nicht vorliegen.

Lithium Bei Lithium wurde das Strahlungsdiagramm J , , - ftir die

Hauptserienlinie 671 mp und fur die Linien der ersten und zweiten Nebenserie aufgenommen bei Kompensation des erd- magnetischen Feldes. Rohrenspannung 4600 Volt (was eine Gteschwindigkeit von 2,5. lo7 cm/sec entsprechen mag). Die Be- zeichnungen sind wie hei Wasserstoff.

0

----__

'Y /

L! L /?hiurn 2p -3d I

Fig. 3

Man erkennt aus Fig. 3 und 6 und der Tab. 2: Das Polarisationsverhiiltnis ist vom Serientypus der untersuchten Linien abhLngig. Fur die Linie 2 p - 3d nimmt das Ver- hiZltnis Jao stetig ab mit wachsendem Visionswinkel vom

Wert 1 auf 0,71. Fur die Hauptserienlinie 1,58 - 2 p und fir die Nebenserienlinien 2 p - m 8 jedoch ist das Polarisations- verhiiltnis auch Air den Visionswinkel 90° sehr gering (0,90). Ein Unterechied zwischen den einzelnen Linien dieser Serien

- 0

622 E. Rupp

liegt innerhalb der Versuchsfehler. In erster Annaherung kann also gesagt werden, der Polarisationsgrad der untersuchten Linien des Lithiurns ist fiir alle Linien ein und derselben Serie nahe der gleiche.

m. Orrho He 2p - md m=j:4(,5

Fig. 4

Fig. 5

Helium Die Untersuchung von Helium hatte dadurch erhohtes

Interesse, als zu hoffen war, Unterschiede im Polarisations- verhaltnis fur Ortho- und Parhelium aufzufinden ; und tatsachlich zeigten sich solche Unterschiede fur die Serien 1 p - md nnd 1 P - m D, wie aus Fig. 3, 4 und 5 und aus Tab. 3 zu ersehen.

uber die Polarisation des abklingenden Kanalstrahllichtes 623

- - J a o

1)00

- 0

~- -

499 1,03 0,97 0,98 0,96 0,95

0,93 0,95 0,94 0,86 0,85 0,86

0,92

0,90 0)82

0,80 0,83

- - cp

loo ~~~ -

30°

45O

900

* 900

,

Z U L

Orthohelium - P

471,3 587,6

447,2

402,6 471,3 587,6

447,2 471,3 587,6

447,2

402,6 471,3 587,6

447,2

402,6

- J a o -

0

1,04 0,98 1,02 0,99 0,97 0,97 0,9s 0,96 0,98 0,94 0,95 0,82 0,84 0,82 0,85 0,80 0,90 0,74 0,75 0,69 0,74 0,7S 0,75

OrthoHe 2 p - 4 s ParHe 2 S - 3 P

2 P - 4 S ) '

-_ 2p - 4 s 2p - 3d

2p - 4 d

2p - 5d

Fig. 6

Tabelle 3 Parhelium - -

cp

100 __ __

30'

450

goo

I , P ~ _ _ --

501,6 504,8 492,2

438,8

501,6 504,8 492,2

501,6 504,E 492,2 438,8 501,6 504,s

492,8 438,s

-- 25-3p 2p-45 2 P - 4 D

2 P - 5 D

624 E. Rupp

Die Bezeichnungen sind wie bei Wasserstoff. Rohren- spannung 4600 Volt. Aus Fig. 4, 5 und 6 und aus Tab. 3 ist zu entnehmen: Ahnlich wie bei Lithium, nimmt fur die Serie 2 p - m d und 2 P - m D das Verhaltnis J , , bei hnderung

des Visionswinkels von loo auf 90° vom West 1 stark ab auf den Wert 0,74 fur Orthohelium, bzw. 0,SO fur Parhelium. Die Linien 2 p - 4s des Orthoheliums, ferner 2 S - 3 P und 2 P - 4 S sind vie1 weniger polarisiert. In Fig. 6 sind die Polarisations- verhaltnisse dieser Linien zusammen mit denen der Linien 1,5s - 2 p und 2 p - m s des Lithiums zusammen eingetragen. Die Abweichungen fur alle diese Linien liegen innerhalb der Fehlergrenzen. Das Zusammenfallen der Polarisationsverhalt- nisse fur die Linien dieser zwei Elemente mag durch die zu- falligen Anregungsbedingungen und die Strahlgeschwindigkeiten hervorgerufen sein. Die Kurve Fig. 6 sol1 daher nur den hier auftretenden Typ der Polarisationsverhaltnisse allgemein charakterisieren.

Die Linien ein und derselben Serie fur Orthohelium, bzw. fur Parhelium, zeigen untereinander keine groBeren Ab- weichungen als die durch die Versuchsfehler bedingten.

J. S t a r k und H. L u n e l u n d fanden an Heliumkanal- strahlen keine Polarisation, was fur Umladeleuchten auch nicht vermunderlich ist.

- 0

Zur Deutung der Ergebnisse

Die aufgenommenen Strahlungsdiagramme zeigen all- geinein: Bei Anvisierung des Kanalstrahls unter einem Winkel von 90° ist der parallel zum Kaiialstrahl polarisierte Anteil des abklingenden Kanalstrahllichtes groper als der senkrecht rum Kanalstrahl polarisierte. Der Unterschied ist am gro5ten fur Wasserstoff der griiBeren Geschwindigkeit (0,65), recht be- trachtlich fur die Serie 2 p - m d des Lithiums (0,71) und fur die Serien 2 p - m d und 2 P - m B des Heliums (0,74 bzw. 0,SO). Fur die Linien 1,5s - 2 p und 2 p - m s des Lithiums, 2 p - 4s des Orthoheliums und 2 S - 3 P, 2 P - 4 S des Par- helium8 ist er sehr gering (0,90).

Offenbar ist der Polarisationszustand bedingt durch die Anfangs- und Endstufen der Elektronenbahnen, die fur die

Uher die Polarisation des abhlingenden Kanalstrahllichtes 625

Emission in Betracht kommen. Am starksten polurisiert sind die Zinien der Serientypen 2 p - m d (Dublette) und 2 P - m B (Einfachlinien), wobei der Unterschied der Polarisation fiir Lithium, Ortho- und Parhelium nur ein gradueller ist, wie er durch die Anregungsbedingungen und durch die Strahl- geschwindigkeit bedingt ist. Sehr gering ist die Anderung der Polarisationsverhalisse fur die Serientypen 2 s - m p , 2 S - m P und die Umhehrung dieser Serientypen 2 p - m s, 2 P - mS.

Fur Lithium und Helium sind es also die durch den d- bzw. d- bzw. D-Term charakterisierten Anordnnngen der Elektronenbahnen im Atom, denen die grSBte Polarisation zukommt.

Ein Deutungsversuch der Ergebnisse wird in erster Linie auf die Ursache der Polarisation einzugehen haben.

a) Ohne diese Ursache der Polarisation naher in Be- tracht zu ziehen, kann aus der B a s w e llscAen Theorie eine einfache Erklarung der gefundenen Strahlungsdiagramme, speziell fur den einfachsten Fall, fiir das Strahlungsdiagramm von Wasserstoff der groBeren Geschwindigkeit, gefunden werden, indem die verschiedenen Polarieationsverhaltnisse mit einer Orientierung der Elektronenbuhnen im Atom in Verbindung ge- bracht wird.

Nuch der Muxwellschen Theorie strahlt ein als Rotator schwingendes Elektron, wie es fiir das Waeserstoffatom in einer Bahnebene kreisend in Betracht kommt, in Richtung der Bahnebene einen linear polarisierten Wellenzug aus , in Richtung senkrecht zur Bahnebene einen zirkular polarisierten Wellenzug, dessen Intensitit doppelt so groB ist wie die des linear polarisierten. In dieser Auffassung zeigt das gefundene Strahlungsdiagramm, dal3 die Ebene der Elektronenbahn des Wasserstoffatoms sich parallel zur Fortschreitungsrichtung ein- zustellen sucht. Das Atom fliegt mit seinen Elektronenbahnen wie ein Diskus in bezug zur Fortschreitungsrichtung. Denn betrachten wir den Kanalstrahl in Eichtung x (Fig. l), so werden gleich vie1 Elektronenbahnebenen der emittierenden Wasserstoffatome sich in Richtung der Ebene x y wie x z ein- gestellt haben. Man wird also bei Visierung in Richtung x unpolarisiertes Licht wahrnehmen. Anders in Richtung y (909,

626 E. Rupp

hier tritt zu dem zirkular polarisierten Licht, das die Inten- sitat senkrecht und parallel (Richtung z und x) gleich hell erscheinen lassen wiirde, noch die Intensitiit der leuchtenden Atome, deren Elektronenbahnebenen Schwingungskomponenten in Riohtung xy aussenden. Das beobachtbare Verhsltnis J,,

setzt sich also nach folgendem Schema zusammen: - 0

PP Atome gerichtet in der v-Achae a 0 0

. . . . . . linear pohr 0 n/2 zirkular polar. n/2 4 2 . . . . .

also Jao = 1/8.

- ~

0 3G 45 GO

Man kann daher das Strahlungsdiagramm auffassen aus einer Kreisschwingung Aa = J,, und einer ‘gerichteten Schwingung P s i n a y = J, - A2. Fur den Full der Maxwell- schen Theorie ist dann Aa = Ba, also

~

1 030 0,67 0,57

1 J , , = - - l-t-einScp 0

Die Abhangigkeit der nach dieser Formel errechneten Werte Jao vom Visionswinkel 9~ zeigt Tab. 4. . -

0

Tabel le 4

tfaer die Polarisation des abklingenden Kanalstrahllichtes 627

tigung einer solchen Winkelverteilung verschiedene Werte von Aa und B2. Man kann die gefundenen Strahlungsdiagramme gut wiedergeben durch die Formel

und erhalt fur das Verhaltnis (B/A)8 fur

Waseeretoff .. Lithium . Orthohelium Parhelium . Lithium. . Or&helium Parhelium .

> l

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6,4. lo7 cm/sec

2 p - m d

2 p - m s

3 -107 ,, 2 p - 3 c l

2 P - m D 1 , 5 ~ - 2 p

2 p - 4 s 2 S - 3 P 2 P - 4 S

0,50 0,40 0,40 0,36 0,25

0,11

Die VerhLltnisse (B/A)2 sind fur Wasserstoff am gri5Sten. Fur die Serientypen n p - m d bzw. n P - m D des Lithiums und Helium8 sind sie nicht sehr verschieden. Sehr klein sind eie jedoch fur die Serientypen aus den s, p - bzw. S, P-Termen dieser zwei Elemente.

Hervorgehoben muS werden, daS die Darstellung der ge- fundenen Strahlungsdiagramme durch Formel (1) unabhiingig von dem hier zugrunde gelegten Bilde der Ausstrahlung nach der Maxw e 11 schen Theorie als empirische Wiedergabe der Messungen aufzufassen ist.

b) Wir gelangen namlich zu einer wahrscheinlicheren Deutung, die die Polarisation des abklingenden Kanalstrahl- lichtes mit anderen Erscheinungen verbindet, wenn wir auf die Ursachen der Polarisation eingehen. Da im Beobachtungsraum keine auBeren Kriafte a d die leuchtenden Atome ausgeiibt werden (durch Kompensation des erdmagnetischen Feldes ist die einzige in Betracht kommende tluSere Kraft ausgeschaltet), muS die Ursache der Polarisation bereits im Erzeugungsraum gesucht werden. Die Anregung der im Beobachtungsraum ab- klingenden Atome wird nun hauptsachlich im Kana1 der Rbhre erfolgen. Da die Metallteile des Kanals aber geerdet sind, kommen elektrische und magnetische Kriifte der Ent- ladungsspannung nicht zur Anregung in Frage. So bleiben

628 E. Rupp

nur die Krafte, die die bewegten Atome bei Zusammensto0en einerseits mit freien Elektronen , andererseits mit ruhenden Nolekiilen oder Atomen erfahren.

Es ist denkbar, dal3 das im Strahl geordnet fliegende Atom durch die Zusamrnenstiipe mit ruhenden Atomen zu polarisiertem Leuchten angeregt werden konnte. 1st v die Ge- schwindigkeit des schneller fliegenden Atoms und v' die mittlere Molekulargeschwindigkeit der Molekiile , ferner b die wahrscheinliche Anzahl der ZusammenstoBe eines schneller fliegenden Atoms, und g die mittlere Anzahl der Zusammen- stS0e der Gasmolekiile unter sich, so berechnet sich aus der kinetischen Gastheorie fur vlv' = 100, was fur Wasserstoff nahe erfullt ist, b i g = 60, also eine betrachtliche Ver- mehrung der StoBzahl der schneller fliegenden Atome, wobei der Sto6 4auptsachlich in der Strahlrichtung v erfolgt. Diese orientiertan StoBe kiinnten vielleicht als Ursache des polarisierten Leuchtens der Kanalstrahlatome in Betracht kommen.

Wahrscheinlich ist auch, da0 die Polarisation des Leuchtens der abklingenden Atome dadurch zustande kommt, da6 der parallele &ah1 deer bewegten Atome mit unyeordneten Elektronen im Kanal der Rijhre zusammentrifft und durch diese Zu- sammensto0e zwischen geordneten Atomen mit ungeordneten Elektronen diese Atome zu polarisiertem Leuchten erregt werden. Die Anregung mu6 im Kanal der Rohre statt- finden , denn die im Beobachtungsraum abklingenden Atome konnen, da die Abklingzeit j a von der GroBenordnung lo-* sec iclt, erst im Kanal der Rijhre angeregt worden sein, keinesfalls aber schon im Erzeugungsraum. Freie Elektronen werden im Kanal in betrachtlicher Zahl stets ausgelast durch die auf die Metallteile auftreffenden schnell bewegten Atome und diese Elektronen werden mit geringer Geschwindigkeit (maximal 10-20 Volt bei Kanalstrahlen der Geschwindigkeit lo7 cmlsec) l) in ungeordneter Richtungsverteilung den parallelen Strahl der im Kanalstrahl fliegenden Atome durchsetzen, wobei diese schnell bewegten Atome zur Lichtemission angeregt werden.

1) C. Fiichtbaner, Phye. Ztechr. 7. S. 748. 1906; H. Biirwald, Ann. d. Php. 41. S. 649. 1913.

Uber die Polarisation des abklingenden Kanalstrahllichtes 629

Die Anregungsenergie wird, soweit sie nicht von Geschwindig- keitskomponenten der Elektronen in Richtung v herriihrt, gro6enteils den schnellbewegten Atomen entzogen.’) Der Sto6 mu6 in Richtung der Geschwindigkeit v dieser Atome erfolgen, wahrend die Elektronen relativ zu den Atomen ruhen oder wirksame Bewegungskomponenten in Richtung v haben. Da6 dabei das Leuchten polarisiert ist spricht sehr dafiir, daS man es hier mit der UmRehrung der Kosael-Skinnerschen Per- suche2) zu tun hat, polarisiertes Leuchten der Atome durch parallele Elektronenstrahlen anzuregen: Geordnete AtomstrahZen fahren in ungeordnete Elektronen hinein und werden dadurch zu potarisiertem Zeuchtea erregt.

Besonders spricbt fdr diese Auffassung, da6 Skinner den Polarisationsgrad am gro6ten findet fur die Serientypen des Quecksilbers 2 P - m D , 2 P - m d d , 2 p - m D , 2 p - m d ; hingegen gar keine Polarisation fur 2 p - m s, 2 P - m S, 2 p - m S entsprechend zu unserem Befund sehr geringer Polarisation an den entsprechenden Serientypen des Lithiums und Heliums. Ferner liegt bei seinen Messungen die maximale polarisierte Intensitat parallel zum anregenden Elektronen- strahl. J , / 4 ist also kleiner als 1 in Ubereinstimmung mit unseren Ergebnissen. Aufzukliren ware noch, das Koss el und Gerthsen fur die B-Linie des Natriums bei Anregung mit parallelen Elektronenstrahlen aberhaupt keine Polarisation finden konnten, wiihrend hier fiir die entsprechende rote Lithiumlinie eine, wenn auch schwache Polarisation in wieder- holten Versuchen auftrat.

Eine theoretische Deutung der Ergebnisse, sowohl der hier vorliegenden am abklingenden Kanalstrahllicht wie der Anregungsversuche mit parallelen Elektronenstrahlen, kann die einfache Kos s elsche Theorie, die nur die Energieverhiltnisse zwischen dem emittierten Lichtquant und der Stofienergie (in unserem Falle wohl der des Atoms) betrachtet, nicht leisten. Ebenso scheint eine Erklirung nach dem Korrespondenzprinzip

1) Die Energie dee bewegten Atoms ist mindestena eine GriiSen-

2) W. Hoseel und C. Gerthsen, Ann. d. Phys. 77. S. 273. 1925; ordnnng griiler ala die dee Elektrone.

H. W. Skinner , Nature 20. Mare 1926. S. 418.

630 3. Rupp

unter Zuruckfuhrung der Polarisation auf die inneren Quanten- zahlen auf Schwierigkeiten zu st06en.~)

Eine Untersuchung der von S k i n n e r durch parallelen ElektronenstoB angeregten Quecksilberatome auf ihren Polari- sationszustand im Abklingleuchten des Kanalstrahls wird hier Aufklarung schaffen k6nnen. Ferner ist eine Untersuchung im Gange, die obige Auffassung uber die Entstehung des polarisierten Leuchtens im Kanalstrahl als Umkehrung des Anregungsversuchs mit parallelen Elektronenstrahlen dadurch zn priifen, da8 man einen parallelen Atomstrahl nicht leuch- tender Atome in eine Schar ungeordneter Elektronen fliegen laBt und den Polarisationszustand der hierbei angeregten Atome untersucht.

Zusammenfassung

Es wird das Polarisationsverhaltnis der leuchtenden Atome von Wasserstoff, Helium und Lithium im Abklingleuchten in Abhangigkeit vom Visionswinkel photometrisch gemessen.

Der parallel zum Kanalstrahl polarisierte Anteil des ab- klingenden Kanalstrahllichtes ist intensiver als der senkrecht zum Kanalstrahl polarisierte bei Anvisierung senkrecht zum Kanalstrahl.

Der Polarisationsgrad ist am groBten fur Wasserstoff, etwas geringer fiir die Linie 2 p - 3 d des Lithiums und die Serien 2 p - m d des Orthoheliums, 2 P - m D des Parheliums. F u r die Serienlinien 1,5 s - 2 p , 2 p - m s des Lithiums und 2 p - 4 s, 2 S - 3 P, 2 P - 4s des Heliums ist die Polarisation sehr gering (Figg. 1-5).

Die gefundenen Strahlungsdiagramme lassen sich empirisch durch eine einheitliche Formel darstellen (1).

Als Ursache der Polarisation kommen die Zusammen- stoBe der schnell bewegten Atome mit freien Elektronen oder mit ruhenden Atomen im Kana1 der Rohre in Frage.

1) Der zu erwartende Polarieationsgrad betragt

9 - A ci + 1)s vgl. A. Ellet , P. D. Foote u. F. L. Mohler, Phys. Rev. 37. S. 31. 1926.

Ober die Polarisation des abliliqenden Kanalstrakllichtes 63 1

Die Polarisation des Leuchtens ist damit wahrscheinlich die Umkehrung des Skinnerschen Versuches der Erregung polarisierten Leuchtens durch einen parallelen Elektronen- strahl: geordnete Atome fliegen in ungeordnete Elektronen oder Yolekiile hinein und werden dadurch zu polarisiertem Leuchten angeregt.

Hrn. Geheimrat P. Lena rd danke ich fur freundliche Ratschlage. Ferner mbchte ich der Gesellschaft fur Lindes Eismaschinen fur die zur Verfiigung gestellte Heliumbombe besten Dank aussprechen.

Heidelberg, Juli 1926.

(Eingegangen 15. August 1926)