10.101 Davisson-Germer 电子衍射的几何复现
guobin ouyang
Abstract
Davisson-Germer 实验是物质波最直接的经典证据之一。本文先从 10.98 的电子锚生成 54 eV 电子的德布罗意波长,再把镍晶体作为周期性散射坐标卡,计算 Ni(111) 晶面的一级布拉格散射角。随后在同一个前向模型中加入束能分布、探测器角度映射、FCC 运动学结构因子、低能电子势限界、一阶 Darwin 多次散射和热漫散射权重。 几何输入仍给出: $$ \lambda_e(54\,\mathrm{eV}) =1.668707\times10^{-10}\,\mathrm{m}, $$ $$ d_{111}=\frac{a_{\mathrm{Ni}}}{\sqrt{3}} =2.034582\times10^{-10}\,\mathrm{m}, $$ $$ \Theta_{\mathrm{geo}} =2\arcsin\left(\frac{\lambda_e}{2d_{111}}\right) =48.420470^\circ. $$ 相对历史宽窗中心 $50^\circ$,几何峰位低 $1.579530^\circ$,即 $$ \frac{\Theta_{\mathrm{geo}}-\Theta_{\mathrm{hist}}} {\Theta_{\mathrm{hist}}} =-3.1591\times10^{-2}, \qquad \frac{|\Theta_{\mathrm{geo}}-\Theta_{\mathrm{hist}}|} {\sigma_{\mathrm{broad}}} =0.7898, $$ 其中 $\sigma_{\mathrm{broad}}=2^\circ$ 只是审计半宽,不是现代实验给出的高斯标准差。 第一轮已得到三项有限闭合: 1. 在 $T_c=1100\,\mathrm{K}$ 和仪器能量高斯宽度 $\sigma_I=0.10\,\mathrm{eV}$ 下,54 eV 束能卷积给出的 Ni(111) 本征角宽为 $0.136^\circ$,加入探测器角点扩散宽度 $0.20^\circ$ 后为 $0.494^\circ$; 2. 在显式探测器参数箱内,一级峰的可达观察区间为 $[48.138480^\circ,48.702460^\circ]$,历史中心 $50^\circ$ 仍在区间外 $1.297540^\circ$; 3. FCC 运动学结构因子与温度依赖 Debye-Waller 权重给出 Ni(200)/Ni(111) 相对权重 $0.771269$,替代了原先没有晶格依据的现象学包络。 第二轮再完成三项有限闭合: 4. Wentzel 屏蔽库仑势给出 54 eV Ni(111) 电子形状因子区间,并将其与 Mott-Bethe 高能极限及几何真空波长链分开; 5. 一阶 Darwin 层散射包络给出相对运动学强度的修正区间 $[0.288314,2.140518]$,对应 $-71.169\%$ 至 $+114.052\%$; 6. Debye 模型给出 $300\,\mathrm{K}$ 时 $B_{\mathrm{Ni}}=0.3077604\,\mathrm{\mathring{A}}^2$、Ni(111) 零声子强度 $0.963509$ 和热漫散射权重 $0.0364909$。 第三轮再得到两项条件闭合: 7. 12 层 Darwin 审计和对第一、第二层弛豫、缺陷衰减和共同相位的标准化 Jacobian 秩为 $3$,三个奇异值为 $[0.983839,0.358634,0.002943]$;共同相位构成严格零空间,第一、第二层弛豫只在很弱的奇异方向上可组合辨识; 8. 声子分辨热漫散射的角度判别比为 $54.0834$,能量尺度与当前束能分辨率之比为 $0.281434<1$,后者给出能量分辨 no-go;理想 Poisson 条件下全局和峰区 $5\sigma$ 计数门槛分别为 $685.101$ 和 $20956.6$。 这些结果把表面低阶可辨识界面和热漫散射测量门槛写成可审计条件,但没有把标准 LEED 层矩阵或声子核冒充为几何论独立预言。完整 LEED 动力学解、单温度下热耗损与静态缺陷的分离、真实光学势相位、历史探测器独立标定和独立 Ni 晶格输出仍然开放。 ---