Delbrück spridning

Delbrück-spridning , Delbrück -spridning - spridning av fotoner på virtuella fotoner av ett starkt elektromagnetiskt fält (till exempel på kärnans Coulomb -fält ). Detta är den första av de förutsagda olinjära effekterna av kvantelektrodynamik . Delbrück-spridning, i motsats till Compton-spridning , ändrar inte energin hos en foton i en referensram där fältvektorpotentialen vid spridningspunkten är lika med noll. Delbrück-spridning kan uppstå både med bevarande och med inversion av fotonspinnet .

Mekanism

En virtuell fältfoton (nedre till vänster) genererar ett elektron-positronpar [1] (vänster och nedre sidor av kvadraten). Den infallande fotonen sprids på en av leptonerna , varefter den förintas med sin antipartikel, vilket ger upphov till en virtuell foton.

Spridningstvärsnitt

För lågenergifotoner är det spinnbevarande spridningstvärsnittet [2] : $\left(\hbar \omega \ll m_{e}c^{2}\right)$

d\sigma _{{++}}=d\sigma _{{--}}=1 004\cdot 10^{{-3}}(Z\alpha )^{4}r_{0}^{2} \cos ^{4}(\vartheta /2)d\Omega

och spridningstvärsnittet med spininversion:

d\sigma _{{+-}}=d\sigma _{{-+}}=3.81\cdot 10^{{-4}}(Z\alpha )^{4}r_{0}^{ 2} \sin ^{4}(\vartheta /2)d\Omega

där är spridningsvinkeln för fotonen, är atomens laddningsnummer , är elementet i den rymda vinkeln , är den klassiska elektronradien . $\vartheta$ $Z$ $d\Omega$ $r_{0}=e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}m_{e}c^{2}$

Vid höga energier är tvärsnittet för framåtspridning:

d\sigma {\big |}_{{\vartheta =0}}={\frac {49}{81\pi ^{2}}}(Z\alpha )^{4}r_{0}^{2 }\left({\frac {\hbar \omega }{m_{e}c^{2}}}\right)^{2}\left[\ln ^{2}{\frac {0{,}15 \hbar \omega }{m_{e}c^{2}}}+{\frac {\pi ^{2}}{4}}\right]d\Omega

där den första termen inom hakparenteser är ansvarig för spridning utan att ändra spinn, och den andra är för spininversion.

Det totala tvärsnittet av Delbrücks spridning vid tenderar till gränsen: $\hbar \omega \gg m_{e}c^{2}$

\sigma _{{\omega \to \infty }}={\frac {98Z^{4}\alpha ^{6}\hbar ^{2}}{81\pi m_{e}^{2}c^ {2}}}

Historik

Från 1932 till 1937 arbetade Max Delbrück i Berlin som assistent till Lise Meitner , som samarbetade med Otto Hahn om neutronstrålningen av uran . Under denna period skrev han flera artiklar, varav en, skriven 1933 , var ett viktigt bidrag till teorin om gammastrålningsspridning av Coulomb-fältet på grund av vakuumpolarisering orsakad av detta fält. Hans slutsatser visade sig vara otillämpliga i just detta fall, men 20 år senare bekräftade Hans Bethe existensen av ett sådant fenomen och kallade det "Delbrück-spridning" [3] .

1953 observerade Robert Wilson Delbrück-spridningen av 1,33 MeV gammastrålar i det elektriska fältet av en blykärna .

2012 visades det först att Delbrück-spridning resulterar i ett positivt brytningsindex för gammastrålar (med en fotonenergi på 0,7–2 MeV) i kisel . Man tror att denna upptäckt kan leda till skapandet av effektiv gammaoptik [4] [5] .

Se även

Anteckningar

↑ Einsteins ekvation hjälpte till att skapa materia från ljus Arkivkopia av 17 augusti 2021 på Wayback Machine // 2021/08/17
↑ Delbrück spridning // Physical Encyclopedia : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Soviet Encyclopedia (vol. 1-2); Great Russian Encyclopedia (bd 3-5), 1988-1999. — ISBN 5-85270-034-7 .
↑ Biografiska memoarer: Volym 62 pp66-117 "MAX LUDWIG HENNING DELBRÜCK 4 september 1906 - 10 mars 1981" AV WILLIAM HAYES http://books.nap.edu/openbook.php?record_id=2201 16 juni, 16 juni kl . Wayback- maskinen
↑ Gammastråleoptik: ett livskraftigt verktyg för en ny gren av vetenskaplig upptäckt , Science Daily ( 4 maj 2012). Arkiverad från originalet den 25 maj 2012. Hämtad 5 maj 2012.
↑ D. Habs, M. M. Günther, M. Jentschel och W. Urban. Brytningsindex för kisel vid γ Ray Energies // Phys . Varv. Lett. . - 2012. - Vol. 108 . — S. 184802 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.108.184802 .

Litteratur

Akhiezer AI, Berestetsky VB Kvantelektrodynamik. - 4. - M. , 1981.
Berestetsky V. B., Lifshits V. M., Pitaevsky L. P. Quantum electrodynamics. - 2. - M. , 1980.
Jauch JM, Rohrlich P. Teorin om fotoner och elektroner. - 2. - NY.