Volume 8, Issue 2-3

Betrachtet man in der Quantentheorie der Wellenfelder die feldtragenden Teilchen (z. B. die Lichtquanten und die Mesonen) als aus Spinorteilchen zusammengesetzte Teilchen, so bringt es diese Vorstellung zwangsläufig mit sich, daß der bisher, übliche Formalismus der Quantentheorie der Wellenfelder höchstens näherungsweise richtig sein kann. Denn in ihm werden die einzelnen Teilchensorten (Elektronen und Lichtquanten bzw. Nukleonen und Mesonen) unabhängig voneinander eingeführt und außerdem werden sämtliche Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Teilchensorten durch punktförmige Wechselwirkungen beschrieben. Um den Gültigkeitsbereich dieses Formalismus abschätzen zu können und einen ersten Aufschluß über seine eventuelle Abänderung gewinnen zu können, wird ein Beispiel der unrelativistischen Quantenmechanik behandelt, in welchem die Entstehung und Vernichtung von zusammengesetzten Teilchen - wie z. B. Wasserstoffatome, Wasserstoffmolekülionen usw. - beschrieben wird. Es wird so umgeformt, daß diese Teilchen in der Theorie als neue Teilchensorten in Erscheinung treten. Anschließend wird das so umgeformte Beispiel dann mit der Quantenelektrodynamik und der Mesonentheorie verglichen. Aus diesem Vergleich ergibt sich z. B., daß man die bisher untersuchten Feldkräfte, die durch das elektromagnetische Feld und die Mesonenfelder übertragen werden, als eine Integration über die direkten Wechselwirkungskräfte der felderzeugenden Teilchen untereinander auffassen muß. Daraus folgt dann, daß man nicht erwarten kann, daß die Mesonentheorie in ihrer bisherigen Form irgendwelche Ergebnisse liefert, die mit den Experimenten quantitativ übereinstimmen. Zum Schluß wird kurz eine Möglichkeit skizziert, wie man die bisherige Quantentheorie der Wellenfelder eventuell abändern muß, um zur Theorie der Elementarteilchen vorzustoßen.

Die in den letzten Jahren veröffentlichten Neumessungen und -berechnungen von Isotopenmassen werden verwendet, um eine graphische Darstellung der Talsohle der Energietalfläche der Atomkerne zu gewinnen. Die magischen Neutronenzahlen 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 markieren sich als Verwerfungen und Neigungsänderungen in dem sonst als ziemlich glatt anzunehmenden Verlauf der Fläche. Die magischen Protonenzahlen scheinen dagegen nur weniger Einfluß zu haben.

Die Energie- und Winkelverteilung der Spuren eines „Sterns“ vom Typ 0 + 20 p wird untersucht und mit den Aussagen der Stoßwellentheorie der Mesonenerzeugung von Heisenberg verglichen.

Durch Vergleich der Sterngrößendiagramme in 150, 3774 und ∼ 20 000 m Seehöhe wird versucht, Aussagen über die Veränderung der Energieverteilung der sternerzeugenden Strahlung in diesen Höhen zu machen. Dabei zeigt sich, daß die Sterngrößenverteilung bei Energien > 10 9 eV dazu wenig geeignet ist, während die Schauergrößenverteilung das primäre Energiespektrum besser reproduzieren sollte. Die so gewonnenen Ergebnisse weichen jedoch sehr stark von den Messungen des Primärspektrums am Gipfel der Atmosphäre ab. Diese Diskrepanz muß damit zusammenhängen, daß die mittlere Energie pro Schauerteilchen mit steigender Energie zunimmt und auch die Inelastizität der Prozesse ansteigt.

In Fortsetzung früherer Versuche wurde festgestellt, daß sowohl das (feste) 3. Maximum als auch das (luftdruckabhängige) 4. Maximum der Schauerauslösekurve durch nichtionisierende Auslösestrahlen entstehen. Ferner wurde die Abhängigkeit der Schauerauslösekurve von dem Abstand Pb-Schauerstrahler-Zählrohre untersucht. Schließlich wurden auch mit Eisen und Graphit als Schauerstrahler die Auslösekurven aufgenommen und diskutiert.

Versuche zum Nachweis des Prozesses 6 Li (γ, d) 4 He mit einem Proportionalzählrohr ergaben, daß der Wirkungsquerschnitt für die 2,62 MeV-Quanten von ThC″ mit 99% Wahrscheinlichkeit kleiner als 3,5 · 10 -29 cm 2 ist. Die Kleinheit des Wirkungsquerschnitts, die von anderer Seite auch für Photonen anderer Energien gefunden wurde, wird aus den Eigenschaften des 6 Li-Kerns erklärt.

Es wird der Energieverlauf des Wirkungsquerschnittes und die Winkelverteilung der emittierten Neutronen bei der Kernreaktion (γ, n) am 9 Be im Energieintervall 20 bis 200 MeV untersucht. Als Grundzustand wird der 2 P 3 2 -Zustand einer rechteckigen Potentialmulde mit einer Reichweite r 0 = 5 · 10 -13 cm und einer Tiefe von V 0 = 12,09 MeV verwendet. Die untere Grenze des diskutierten Energiebereichs wird bestimmt durch die Gültigkeitsbedingung der Bornschen Approximation, gemäß der als Endzustand eine ebene Welle exp ist, die Wellenfunktion eines freien Teilchens, eingesetzt wurde. Dadurch war es möglich, den Retardierungsfaktor des Photoeffekt-Matrixelementes beizubehalten. Die obere Grenze des Energiebereichs ergibt sich durch die Vernachlässigung relativistischer Terme. Die Winkelverteilung enthält einen überwiegenden Anteil proportional sin 2 Θ, einen kleinen isotropen und einen vernachlässigbaren weiteren Term. Der totale Wirkungsquerschnitt liegt bei 20 MeV in der Größenordnung 10 -28 cm 2 und fällt dann unter Durchlaufung mehrerer Nullstellen und Maxima rasch auf 10- 30 cm 2 ab.

Aufgedampfte PbS-Schichten mit S-Überschuß oder geringem Pb-Überschuß zeigen keine Supraleitung, sondern einen mit sinkender Temperatur schließlich beschleunigten Widerstandsanstieg bis zum Isolator. Dagegen beobachtet man bei höheren Pb-Überschüssen durchweg Supraleitung, beginnend mit einem zunächst steilen Widerstandsabfall bei 7,26° abs., - der Pb-Sprungtemperatur -, der auf das Vorhandensein kleiner Ausscheidungen metallischen Bleis zurückgeführt wird. Daran schließt sich ein mehr oder weniger breites T-Intervall, in dem der restliche Ohmsche Widerstand allmählich auf null abnimmt. Die Diskussion dieses Sprungkurventeils in Abhängigkeit von der Belastungsstärke auf Grund der v. Lau eschen phänomenologischen Theorie macht es zumindest wahrscheinlich, daß dieser Übergang zur völligen Supraleitfähigkeit nicht durchgehenden dünnen Fäden von metallischem Pb zuzuschreiben ist, sondern dem PbS selbst mit einer Trägerkonzentration von 10 20 -10 21 Elektronen/cm 3 . Eine solche Trägerkonzentration entspricht gerade dem Erwartungswert der Heisenberg-Koppeschen Supraleitungstheorie. Vom Standpunkt der Bornschen Theorie dagegen ist die Supraleitung des PbS unverständlich. Eine weitere Deutungsmöglichkeit wäre diejenige supraleitender Kontakte zwischen den Pb-Inseln, für welche Möglichkeit theoretisch noch nicht verständliche Beobachtungen von W. Meißner und E. Justi angeführt werden. - Insofern kann die Frage, ob auch Halbleiter wie PbS supraleitfähig werden können, noch nicht als sicher positiv entschieden angesehen werden.

Für die Messung von Abklingzeiten wird eine neue Methode entwickelt. Die Lumineszenz wird durch Elektronen angeregt, deren Intensität hochfrequent moduliert ist. Das Lumineszenzlicht wird von einem Sekundärelektronenverstärker aufgenommen. Zwischen den Modulationen des anregenden Elektronenstromes und des Lumineszenzlichtes besteht eine Phasenverschiebung. Der Phasenunterschied der Modulation des Lumineszenzlichtes verschiedener Substanzen gegen eine Standardsubstanz wird mit einer Phasendetektorröhre gemessen und daraus der Abklingzeitunterschied berechnet. Es werden organische Verbindungen und Polystyrolfolien mit eingelagerten Farbstoffen und die Eignung der Folien als kornlose Leuchtschirme für Kathodenstrahlen untersucht. Bei einigen Verbindungen wird eine Abnahme der Abklingzeit mit der Bestrahlungsdauer festgestellt.

Der Konzentrationsverlauf der Aktivitätskoeffizienten starker Elektrolyte wird mit dem Zustandsverhalten realer Gase verglichen. Für die Verteilung stark hydratisierter Ionen in der Ionenwolke wird eine Beziehung abgeleitet, die den Einfluß der gegenseitigen Raumverdrängung berücksichtigt. Charakteristisch für diese Verteilungsfunktion ist die Annahme teilweiser Durchdringung der Hydrathüllen entgegengesetzt geladener Ionen. Durch Einführung dieser Verteilungsfunktion an Stelle der einfachen Boltzmann-Verteilung in die Debye-Hückelsche Theorie zweiter Näherung gelingt es, den Verlauf der Aktivitätskoeffizienten einschließlich des Minimums und des Wiederanstiegs bei höheren Konzentrationen wiederzugeben, wie an einigen Beispielen 1-1-wertiger, 1-2- und 1-3-wertiger Elektrolyte gezeigt wird. Für die in die Berechnung eingehende empirische Konstante α ergeben sich bei ihrer Deutung als „mittlerer Hydratradius“ Werte, die mit anderweitigen Erfahrungen über die Hydratation der Ionen in Einklang stehen. Auf weitere Anwendungen dieser Verteilungsfunktion wird hingewiesen.

Das Prinzip der Methode, welche aus der dielektrischen Relaxationszeit τ Aussagen über den Assoziationszustand von Dipol-Lösungen und -Flüssigkeiten zu erhalten gestattet, wird an den Beispielen Chlorbenzol und Phenol, beide in CCl 4 , dargelegt. Für Nichtvorhandensein von Assoziation (Chlorbenzol) ist charakteristisch, daß τ/n (η = Viskosität) von der Konzentration unabhängig ist. Bei assoziierenden Molekülen (Phenol) steht der beobachtete Anstieg von τ η mit der Konzentration unter bestimmten Voraussetzungen über die Komplexbildung in einem einfachen Zusammenhang mit der mittleren Zähligkeit der Komplexe bei den verschiedenen Konzentrationen. Dieser Zusammenhang und seine Voraussetzungen werden geprüft durch den Vergleich mit den UR-spektroskopisch bestimmten mittleren Zähligkeiten. Eine Abweichung bei kleinen Konzentrationen liegt an der in den Voraussetzungen nicht berücksichtigten weitgehenden Momentkompensation bei der Bildung von Zweierkomplexen, eine Abweichung bei höheren Konzentrationen an der noch bestehenden Beweglichkeit der durch Η-Brücken gekoppelten OH-Dipolgruppen innerhalb großer Assoziationsketten.

Für Dipolflüssigkeiten, welche in dem Verlauf des (nach Onsager ausgewerteten) Dipolmoments mit der Konzentration keine Assoziation erkennen lassen, wird durch Relaxations-Untersuchung das Vorhandensein von Assoziation nachgewiesen. Während zwei der untersuchten Flüssigkeiten (Anisol und Anilin) nur einige durch die Molekülstruktur bedingte Besonderheiten aufweisen, zeigt der Anstieg von τ/η mit der Konzentration bei Nitrobenzol, Benzonitril und Acetophenon Assoziation an, und die mittlere Zähligkeit läßt sich aus den Relaxationszeiten bestimmen. Bei der Untersuchung von Mischungen zweier Dipolflüssigkeiten wird beim System Anisol-Chlorbenzol keine Assoziation festgestellt, entsprechend dem Einzel-Verhalten der Komponenten bei Auflösen in unpolarem Lösungsmittel; in der Mischung Chlorbenzol-Nitrobenzol assoziieren nur die Nitrobenzol-Moleküle unter sich in gleichem Maße wie in der Lösung im unpolaren CCl 4 ; in der Mischung Aceton-Chloroform wird eine charakteristische Assoziation zwischen den beiden Molekülsorten aus dem Verlauf der Relaxationszeit mit dem Mischungsverhältnis erschlossen.

Messungen der Adsorption von CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 und CO 2 an Siloxen und Bromsiloxenen 1.2 werden mit Hilfe der Langmuirschen Methode ausgewertet. Nur die Isothermen des CH 4 und des CO 2 lassen sich im ganzen untersuchten Druckbereich durch eine einzige Langmuir-Gleichung interpretieren. Demgegenüber sind zur Darstellung von 3 der 4 Isothermen des Äthans und aller Isothermen des Propans 2 verschiedene Langmuir-Gleichungen nötig, von denen eine bei niederen und die andere bei höheren Drucken gültig ist. Diese Erscheinung wird mit den in den adsorbierten Molekeln induzierten Dipolen und den Kraftwirkungen zwischen diesen in Verbindung gebracht.

Es wird ein Massenspektrograph beschrieben, dessen Ablenkfelder die Abbildungseigenschaften von sphärischen Linsen besitzen. Das elektrische Feld eines Kugelkondensators sowie ein homogenes Magnetfeld, in welches die Strahlen schräg eintreten, haben diese Eigenschaften. Die neue Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß für alle Punkte der photographischen Platte außer der Geschwindigkeitsfokussierung auch räumliche Richtungsfokussierung erhalten wird. Diese verbesserte Richtungsfokussierung bewirkt, daß nun alle von einem Punkt der Objektblende kommenden Strahlen wieder in einem Punkt konzentriert werden, während sie bei den üblichen Massenspektrographen entlang einer Spektrallinie verteilt sind. Hierdurch wird die Nachweisempfindlichkeit erheblich gesteigert, wenn es gilt, seltene Isotope festzustellen oder Chemikalien auf ihre Reinheit zu untersuchen. Überdies ist zur Durchführung einer derartigen Mikroanalyse noch weniger Substanz erforderlich, als bei den bisher üblichen Massenspektrographen. Die mit dem neuen Massenspektrographen erhaltenen Aufnahmen zeigen, daß bei sorgfältiger Justierung tatsächlich jene Bildschärfe erreicht werden kann, die sich aus den elektronenoptischen Berechnungen ergibt. Bei den Versuchen mit Glühanoden wurden eine große Anzahl von Spurenionen nachgewiesen was eine Folge der gesteigerten Empfindlichkeit ist.

Durch Beobachtungen an kleinen Wassertropfen (≥ 0,01 mm 3 ) wird nachgewiesen, daß der von Heverly angegebene funktionelle Zusammenhang zwischen Gefriereinsatz und Tropfengröße bei kleinen Tropfen ebenso ungültig ist wie bei den einheitlich großen Tropfen von 0,6 cm 3 , welche im Temperaturbereich des an ihnen ermittelten Gefrierkernspektrums erstarren und nicht diesem Zusammenhang entsprechend bei einer einheitlichen Temperatur. Die relativ leichtere Unterkühlbarkeit kleiner Tropfen ist nur der bei zufällig vorhandenen Gefrierkernen zu erwartende rein statistische Volumeneffekt. Unabhängig von der Tropfengröße treten die Häufungsstellen des Gefrierkernspektrums wieder bei -4, -10 bis -12 und -20°C auf. Die Kristallisationen in dem früher noch unsicheren 3. Maximum werden mit abnehmender Tropfengröße immer häufiger; somit ist auch die Anzahl der im 2. Maximum wirksamen Gefrierkerne gering und ermittelbar. Das bisher beobachtete Vorherrschen des 2. Maximums kommt dadurch zustande, daß die hier wirksamen Kerne in großen Tropfen nur selten fehlen und mit jeder Eisbildung alle Kerne mit tieferen charakteristischen Temperaturen überdeckt werden. Die Ergebnisse erklären viele Unterschiede, welche zwischen den über die Eiskeimbildung vorliegenden Beobachtungen bestehen, und ihr Vergleich mit den Untersuchungen von Tammann u. a. an langsam kristallisierenden Stoffen ermöglicht Rückschlüsse auf die Wirkungsweise der Gefrierkerne und das Zustandekommen des Gefrierkernspektrums.

Der Wärmeübergang von der Flamme an ihre eigenen Nahrungsstoffe erfolgt bei mäßigen Reaktionstemperaturen überwiegend durch Wärmeleitung, bei hohen Flammentemperaturen wird dafür Lumineszenzstrahlung angenommen. Deren Intensitäten erlauben die Vorstellung, daß selbst feste und flüssige Sprengstoffe vor der Detonationswelle verdampfen, so daß sich die Theorie der Detonation vorgemischter Gase auch auf solche Sprengstoffe übertragen ließe. Mit dieser Theorie kann man die Detonation als Phänomen der thermischen Verstopfung verstehen, wobei die Detonationsmachzahl durch die Höhe der chemischen Aufheizung bestimmt wird.

In einer früheren Arbeit 2 wurde ein Massen-Spektrograph beschrieben, bei dem elektrische und magnetische Streufelder vermieden sind. Es gelang jetzt, die Theorie innerhalb der Meßgenauigkeit experimentell zu bestätigen. Weiter wurden elektrische Aufladungserscheinungen an Nichtleitern (Photographischem Material) untersucht und Wege zur Vermeidung dieser Störeffekte aufgezeigt. Eine Absolutmassenbestimmung der Alkalimetalle Li, Na und K wurde ausgeführt. Langsame Ionen, die der direkten Registrierung auf der photographischen Platte entgehen, wurden mit Hilfe von Sekundärelektronen sichtbar gemacht. Der kleine Strahlenweg dieses Spektrographen ermöglicht Massenbestimmungen von Isotopen geringer Halbwertszeit.