Efecto Ramsauer-Townsend

El efecto Ramsauer-Townsend , también conocido como efecto Ramsauer o efecto Townsend , es un fenómeno físico que implica la dispersión de electrones de baja energía por átomos de un gas noble . Este efecto es resultado de la mecánica cuántica . Recibe su nombre de Carl Ramsauer y John Sealy Townsend , quienes estudiaron de forma independiente las colisiones entre átomos y electrones de baja energía en 1921.

Cuando un electrón se mueve a través de un gas, sus interacciones con los átomos del gas provocan dispersión. Estas interacciones se clasifican como inelásticas si causan excitación o ionización del átomo, o elásticas si no lo hacen.

La probabilidad de dispersión en un sistema de este tipo se define como el número de electrones dispersados ​​por unidad de corriente electrónica, por unidad de longitud de trayectoria, por unidad de presión a 0  °C y por unidad de ángulo sólido . El número de colisiones es igual al número total de electrones dispersados ​​elástica e inelásticamente en todos los ángulos, y la probabilidad de colisión es el número total de colisiones por unidad de corriente electrónica, por unidad de longitud de trayectoria y por unidad de presión a 0  °C.

Debido a que los átomos de gases nobles tienen una energía de primera ionización relativamente alta y los electrones no transportan suficiente energía para causar estados electrónicos excitados, la ionización y la excitación del átomo son improbables, y la probabilidad de dispersión elástica en todos los ángulos es aproximadamente igual a la probabilidad de colisión.

Si se intenta predecir la probabilidad de colisión con un modelo clásico que trata al electrón y al átomo como esferas rígidas , se encuentra que la probabilidad de colisión debería ser independiente de la energía del electrón incidente. ^{[ 1 ]} Sin embargo, Ramsauer y Townsend observaron independientemente ^{[ 2 ] [ 3 ]} que para electrones de movimiento lento en argón , kriptón o xenón , la probabilidad de colisión entre los electrones y los átomos del gas obtiene un valor mínimo para electrones con una cierta cantidad de energía cinética (alrededor de 1 electrón-voltio para el gas xenón ^{[ 4 ]} ). ^{[ 5 ]}

Hasta la introducción de la mecánica cuántica , no existía una explicación satisfactoria para este fenómeno , la cual explica que el efecto resulta de las propiedades ondulatorias del electrón. Un modelo simple de la colisión que utiliza la teoría ondulatoria puede predecir la existencia del mínimo de Ramsauer-Townsend. Niels Bohr presentó un modelo simple para este fenómeno que considera el átomo como un pozo de potencial cuadrado finito . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Predecir teóricamente la energía cinética que producirá un mínimo de Ramsauer-Townsend es bastante complicado, ya que el problema implica comprender la naturaleza ondulatoria de las partículas. Sin embargo, el problema ha sido ampliamente investigado tanto experimental como teóricamente y se comprende bien. ^{[ 8 ]}