Sokolov-Ternov effekt

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 13 juli 2019; kontroller kräver 2 redigeringar .

Sokolov-Ternov-effekten är effekten av självpolarisering av en stråle av elektroner eller positroner i ett magnetfält med hjälp av synkrotronstrålning . Förutspådd av A. A. Sokolov och I. M. Ternov 1963 [1] .

Teori

En elektron i ett magnetfält kan vara i ett tillstånd av spinn parallellt ("snurra upp") eller antiparallell ("snurr ner") med magnetfältet (förutsatt att magnetfältet är uppåt). Spin down-tillståndet har mindre energi än spin up-tillståndet. En teoretisk beräkning visade att sannolikheten för en övergång till "spin down"-tillståndet på grund av synkrotronstrålning är något större än till "spin up"-tillståndet. Som ett resultat kommer en initialt opolariserad elektronstråle som rör sig i ett lagringsacceleratorkomplex, efter tillräckligt lång tid, att övergå till ett polariserat tillstånd med ett spin riktat mot magnetfältet. Polariseringen är inte fullständig; dess beroende av tid beskrivs av formeln

\xi (t)=A\left(1-e^{-t/\tau }\right),

var är den begränsande graden av polarisation (92,4%) och är den karakteristiska relaxationstiden lika med $A=8{\sqrt {3}}/15\approx 0{,}924$ $\tau$

\tau ={\frac {8\hbar ^{2}}{5{\sqrt {3}}mce^{2}}}\left({\frac {mc^{2}}{E} }\right)^{2}\left({\frac {H_{0}}{H}}\right)^{3}.

Här och är massan, laddningen av elektronen och ljusets hastighet; Gs är Schwingerfältet , är magnetfältets styrka, är elektronenergin. $m$ $e$ $c$ $H_{0}\approx 4{,}41\times 10^{13}$ $H$ $E$

Den begränsande graden av polarisation, som är mindre än enhet , uppstår på grund av närvaron av ett energiutbyte mellan spinn- och orbitalfrihetsgraderna, vilket gör det möjligt att övergå till "spin up"-tillståndet (med en sannolikhet 25,25 gånger mindre) än till "snurra ner"-tillståndet). $A$

Den karakteristiska avslappningstiden är minuter eller timmar. För att få en tillräckligt starkt polariserad stråle krävs därför lång tid, och lagringsringar används praktiskt taget, vilket gör det möjligt att lagra elektronstrålen i timmar.

Effekten beskriver också polariseringen av positroner , med skillnaden att för en positron har "spin up"-tillståndet mindre energi jämfört med "spin down"-tillståndet. Som ett resultat går positronstrålen in i ett tillstånd med ett spinn orienterat i samma riktning som magnetfältet.

Experimentell upptäckt

1971 - Institutet för kärnfysik SB RAS (första observationen), accelerator-lagringskomplex VEPP-2 , 625 MeV användes.
1971 - Orsay (Frankrike), ACO lagringsring , 536 MeV användes.
1975 - SLAC , Stanford (USA), SPEAR lagringsring , 2,4 GeV användes.
1980 - DESY , Hamburg (Tyskland), PETRA accelerator , 15,2 GeV användes.

Applikation

Tillåter att erhålla polariserade elektronstrålar för ytterligare experiment. Fördelar [2] :

gör det möjligt att erhålla polariserade strålar med hög energi på en gång (i själva verket är det effektivt från en energi på flera hundra MeV);
polariseringsprocessen ändrar inte strålens egenskaper (intensitet, spridning av parametrar, etc.), vilket skiljer den fördelaktigt, till exempel från metoden för att erhålla polariserade strålar med hjälp av spridning;
elektroner och positroner kan polariseras vid vilken energi som helst, vilket tar bort det mycket svåra problemet med att accelerera polariserade partiklar.

Diploma

Sokolov A. A. och Ternov I. M. (1973). Diplom för den vetenskapliga upptäckten "Effekten av strålningssjälvpolarisering av elektroner i ett magnetfält", infört i USSR:s statliga upptäcktsregister under nr 131 daterad 7 augusti 1973, prioritet daterad 26 juni 1963 (Bulletin of upptäckter och uppfinningar, volym 47) [3] .

Upptäcktsformel: "Ett tidigare okänt fenomen med polarisering av relativistiska elektroner och positroner under deras rörelse i ett magnetfält (till exempel i lagringsringar ), på grund av kvantfluktuationer av synkrotronstrålning, har etablerats" [4] .

Anteckningar

↑ Sokolov A. A., Ternov I. M. {{{title}}} // Reports of the Academy of Sciences of the USSR : journal. - 1963. - T. 153 . - S. 1053 . (ryska)
↑ Bayer V.N. Radiativ polarisation av elektroner i lagringsringar (engelska) // Uspekhi fizicheskikh nauk : journal. - Ryska vetenskapsakademin , 1971. - Vol. 105 . — S. 441 .
↑ Vetenskapliga upptäckter i Ryssland.
↑ RAS: Nya böcker och upptäckter - 1973

Litteratur

Bagrov V. G. Kvanteffekter i synkrotronstrålning , del 6.
Sokolov AA och Ternov IM (1964): "On Polarization and Spin Effects in Synchrotron Radiation Theory". Sov. Phys. Dokl. 8 :1203.
Kessler J. (1985): Polariserade elektroner. 2:a upplagan. Berlin: Springer. Del 6.2.
Sokolov AA och Ternov IM (1986): Strålning från relativistiska elektroner. New York: American Institute of Physics Translation Series. Redigerad av CW Kilmister. ISBN 0-88318-507-5 . Del 21.3 (teori) och del 27.2 (experiment).