Эффект Соколова — Тернова | это... Что такое Эффект Соколова — Тернова? (original) (raw)
Эффект Соколова — Тернова — эффект самополяризации электронов или позитронов в магнитном поле посредством синхротронного излучения. Предсказан А. А. Соколовым и И. М. Терновым в работе[1].
Теория
Электрон в магнитном поле может находиться в состоянии со спином, направленным параллельно («спин вверх») или антипараллельно («спин вниз») магнитному полю (предполагается, что магнитное поле направлено вверх). Состояние «спин вниз» обладает меньшей энергией по сравнению с состоянием «спин вверх». Теоретический расчёт показал, что вероятность перехода в состояние «спин вниз» за счёт синхротронного излучения немного больше, чем в состояние «спин вверх». В результате изначально неполяризованный пучок электронов, движущийся в накопительном ускорительном комплексе, через достаточно долгое время перейдёт в поляризованное состояние со спином, направленным противоположно магнитному полю. Поляризация не является полной; ее зависимость от времени описывается формулой
где — предельная степень поляризации (92,4%) и τ — характерное время релаксации, равное
Здесь m,e, и c — масса, заряд электрона и скорость света; Гс — поле Швингера, H — напряжённость магнитного поля, E — энергия электрона.
Меньшая единицы предельная степень поляризации A возникает из-за наличия обмена энергией между спиновой и орбитальной степенями свободы, которое делает возможным переход в состояние «спин вверх» (с вероятностью, в 25,25 раз меньшей, чем в состояние «спин вниз»).
Характерное время релаксации составляет минуты или часы. Поэтому для получения достаточно сильно поляризованного пучка требуется длительное время и практически используются накопительные кольца, позволяющие сохранять пучок электронов в течение часов.
Эффект также описывает поляризацию позитронов, с той разницей, что для позитрона состояние «спин вверх» обладает меньшей энергией по сравнению с состоянием «спин вниз». В результате пучок позитронов переходит в состояние со спином, ориентированном в том же направлении, что и магнитное поле.
Экспериментальное обнаружение
- 1971 — Институт ядерной физики СО РАН (первое наблюдение), использовался 625 МэВ ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2.
- 1971 — Орсэ (Франция), использовался 536 МэВ АСО storage ring.
- 1975 — Стэнфорд (США), использовался 2.4 ГэВ SPEAR storage ring.
- 1980 — DESY, Гамбург (ФРГ), использовался 15.2 ГэВ ускоритель PETRA.
Применение
Позволяет получать поляризованные пучки электронов для проведения дальнейших экспериментов. Преимущества:[2]
- позволяет получать поляризованные пучки сразу высоких энергий (фактически является эффективным, начиная с энергии несколько сотен МэВ);
- процесс поляризации не меняет свойств пучка (интенсивности, разброса параметров и т. д.), что выгодно отличает его например от способа получения поляризованных пучков с помощью рассеяния;
- электроны и позитроны могут быть поляризованы при любой заданной энергии, что снимает весьма сложную задачу ускорения поляризованных частиц.
Патент
- Соколов А. А. и Тернов И. М. (1973). «Эффект радиационной самополяризации электронов в магнитном поле». Патент N 131 от 7 августа 1973, приоритет от 26 июня 1963, Бюллетень открытий и изобретений, том 47.
Формула открытия: «Установлено ранее неизвестное явление поляризации релятивистских электронов и позитронов при их движении в магнитном поле (например, в накопительных кольцах), обусловленное квантовыми флуктуациями синхротронного излучения»[3].
Литература
- ↑ А. А. Соколов, И. М. Тернов (1963). «». Доклады Академии Наук СССР 153: 1053.
- ↑ В. Н. Байер (1971). «Радиационная поляризация электронов в накопителях». Успехи физических наук 105: 441.
- ↑ РАН: Новые книги и открытия — 1973 год
См. также
- В. Г. Багров: Квантовые эффекты в синхротронном излучении, часть 6.
- A. A. Sokolov and I. M. Ternov (1964): "On Polarization and Spin Effects in Synchrotron Radiation Theory". Sov. Phys. Dokl. 8: 1203.
- J. Kessler (1985): Polarized Electrons. 2nd edition. Berlin: Springer. Часть 6.2.
- A. A. Sokolov and I. M. Ternov (1986): Radiation from Relativistic Electrons. New York: American Institute of Physics Translation Series. Edited by C. W. Kilmister. ISBN 0883185075. Часть 21.3 (теория) и часть 27.2 (эксперимент).