Sokolov-Ternov efekt

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 13. července 2019; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Sokolov-Ternovův jev je efekt autopolarizace svazku elektronů nebo pozitronů v magnetickém poli pomocí synchrotronového záření . Předpověděli A. A. Sokolov a I. M. Ternov v roce 1963 [1] .

Teorie

Elektron v magnetickém poli může být ve stavu rotace paralelně ("roztočit se") nebo antiparalelně ("roztočit se") k magnetickému poli (za předpokladu, že magnetické pole je nahoře). Stav roztočení má méně energie než stav roztočení. Teoretický výpočet ukázal, že pravděpodobnost přechodu do stavu "spin down" vlivem synchrotronového záření je o něco větší než do stavu "spin up". Výsledkem je, že původně nepolarizovaný elektronový paprsek pohybující se v akumulačním urychlovacím komplexu po dostatečně dlouhé době přejde do polarizovaného stavu se spinem namířeným proti magnetickému poli. Polarizace není úplná; jeho závislost na čase popisuje vzorec

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

kde je mezní stupeň polarizace (92,4 %) a je charakteristická doba relaxace rovna $A=8{\sqrt {3}/15\cca 0{,}924$ $\tau$

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

Zde jsou hmotnost, náboj elektronu a rychlost světla; Gs je Schwingerovo pole , je síla magnetického pole, je energie elektronů. $m$ $E$ $C$ $H_{0}\cca 4{,}41\krát 10^{13}$ $H$ $E$

Limitní stupeň polarizace, který je menší než jednota , vzniká v důsledku přítomnosti energetické výměny mezi spinovým a orbitálním stupněm volnosti, což umožňuje přechod do stavu „spin up“ (s pravděpodobností 25,25krát menší). než do stavu „spin down“). $A$

Charakteristická doba relaxace je minut nebo hodin. K získání dostatečně silně polarizovaného paprsku je tedy potřeba dlouhá doba a prakticky se používají ukládací kroužky, které umožňují uložit elektronový paprsek na hodiny.

Efekt také popisuje polarizaci pozitronů s tím rozdílem, že pro pozitron má „roztočený“ stav menší energii ve srovnání se stavem „roztočení“. Výsledkem je, že pozitronový paprsek přejde do stavu se spinem orientovaným ve stejném směru jako magnetické pole.

Experimentální objev

1971 - Byl použit Ústav jaderné fyziky SB RAS (první pozorování), urychlovač-skladovací komplex VEPP-2 , 625 MeV.
1971 - Orsay (Francie), ACO skladovací prstenec , 536 MeV byl použit.
1975 - SLAC , Stanford (USA), úložný kroužek SPEAR , 2,4 GeV.
1980 - DESY , Hamburk (Německo), byl použit urychlovač PETRA , 15,2 GeV.

Aplikace

Umožňuje získat polarizované elektronové paprsky pro další experimenty. Výhody [2] :

umožňuje najednou získat polarizované paprsky vysokých energií (ve skutečnosti je efektivní již od energie několika stovek MeV);
polarizačním procesem se nemění vlastnosti paprsku (intenzita, šíření parametrů atd.), čímž se příznivě odlišuje např. od způsobu získávání polarizovaných paprsků pomocí rozptylu;
elektrony a pozitrony mohou být polarizovány při jakékoli dané energii, což odstraňuje velmi obtížný problém urychlování polarizovaných částic.

Diplom

Sokolov A. A. a Ternov I. M. (1973). Diplom za vědecký objev „Vliv radiační autopolarizace elektronů v magnetickém poli“, zapsaný ve Státním registru objevů SSSR pod č. 131 ze dne 7. srpna 1973, priorita ze dne 26. června 1963 (Věstník ze dne objevy a vynálezy, svazek 47) [3] .

Vzorec objevu: „Byl zjištěn dosud neznámý jev polarizace relativistických elektronů a pozitronů při jejich pohybu v magnetickém poli (například v zásobních prstencích ) v důsledku kvantových fluktuací synchrotronového záření“ [4] .

Poznámky

↑ Sokolov A. A., Ternov I. M. {{{title}}} // Zprávy Akademie věd SSSR : časopis. - 1963. - T. 153 . - S. 1053 . (Ruština)
↑ Bayer V.N. Radiační polarizace elektronů v úložných kruzích (anglicky) // Uspekhi fizicheskikh nauk : journal. - Ruská akademie věd , 1971. - Sv. 105 . — S. 441 .
↑ Vědecké objevy v Rusku.
↑ RAS: Nové knihy a objevy - 1973

Literatura

Bagrov V. G. Kvantové efekty v synchrotronovém záření , část 6.
Sokolov AA a Ternov IM (1964): "O polarizačních a spinových účincích v teorii synchrotronového záření". Sov. Phys. Dokl. 8 :1203.
Kessler J. (1985): Polarizované elektrony. 2. vydání. Berlín: Springer. Část 6.2.
Sokolov AA a Ternov IM (1986): Záření z relativistických elektronů. New York: American Institute of Physics Translation Series. Editoval CW Kilmister. ISBN 0-88318-507-5 . Část 21.3 (teorie) a část 27.2 (pokus).