Efectul Sokolov-Ternov

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 13 iulie 2019; verificările necesită 2 modificări .

Efectul Sokolov-Ternov este efectul de autopolarizare a unui fascicul de electroni sau pozitroni într-un câmp magnetic prin intermediul radiației sincrotron . Prevăzută de A. A. Sokolov și I. M. Ternov în 1963 [1] .

Teorie

Un electron dintr-un câmp magnetic poate fi într-o stare de spin paralel ("spin up") sau antiparalel ("spin down") cu câmpul magnetic (presupunând că câmpul magnetic este sus). Starea de spin down are mai puțină energie decât starea de spin up. Un calcul teoretic a arătat că probabilitatea unei tranziții la starea „spin down” din cauza radiației sincrotron este puțin mai mare decât la starea „spin up”. Ca rezultat, un fascicul de electroni inițial nepolarizat care se mișcă într-un complex accelerator de stocare va trece, după un timp suficient de lung, într-o stare polarizată cu un spin îndreptat opus câmpului magnetic. Polarizarea nu este completă; dependența sa de timp este descrisă de formula

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

unde este gradul limitator de polarizare (92,4%) și este timpul caracteristic de relaxare egal cu $A=8{\sqrt {3}}/15\aprox 0{,}924$ $\tau$

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

Aici , și sunt masa, sarcina electronului și viteza luminii; Gs este câmpul Schwinger , este puterea câmpului magnetic, este energia electronilor. $m$ $e$ $c$ $H_{0}\aprox 4{,}41\times 10^{13}$ $H$ $E$

Gradul limitativ de polarizare, care este mai mic decât unitatea , apare din cauza prezenței unui schimb de energie între gradele de libertate de spin și orbitale, ceea ce face posibilă trecerea la starea „spin up” (cu o probabilitate de 25,25 ori mai mică). decât la starea „spin down”). $A$

Timpul caracteristic de relaxare este de minute sau ore. Prin urmare, pentru a obține un fascicul suficient de puternic polarizat, este nevoie de un timp îndelungat, iar practic se folosesc inele de stocare, care fac posibilă stocarea fasciculului de electroni ore în șir.

Efectul descrie, de asemenea, polarizarea pozitronilor , cu diferența că pentru un pozitron, starea „spin up” are mai puțină energie în comparație cu starea „spin down”. Ca rezultat, fasciculul de pozitroni intră într-o stare cu un spin orientat în aceeași direcție cu câmpul magnetic.

Descoperire experimentală

1971 - S-a folosit Institutul de Fizică Nucleară SB RAS (prima observație), complex accelerator-stocare VEPP-2 , 625 MeV.
1971 - Orsay (Franța), a fost utilizat inelul de stocare ACO , 536 MeV.
1975 - S-a folosit SLAC , Stanford (SUA), inel de stocare SPEAR , 2,4 GeV.
1980 - S-a folosit DESY , Hamburg (Germania), acceleratorul PETRA , 15,2 GeV.

Aplicație

Permite obținerea de fascicule de electroni polarizați pentru experimente ulterioare. Beneficii [2] :

face posibilă obținerea simultană a fasciculelor polarizate de energii mari (de fapt, este eficientă pornind de la o energie de câteva sute de MeV);
procesul de polarizare nu modifică proprietățile fasciculului (intensitatea, răspândirea parametrilor etc.), ceea ce îl deosebește favorabil, de exemplu, de metoda de obținere a fasciculului polarizat prin împrăștiere;
electronii și pozitronii pot fi polarizați la orice energie dată, ceea ce înlătură problema foarte dificilă a accelerației particulelor polarizate.

Diploma

Sokolov A. A. și Ternov I. M. (1973). Diploma pentru descoperirea științifică „Efectul autopolarizării radiațiilor a electronilor într-un câmp magnetic”, înscrisă în Registrul de stat al descoperirilor URSS sub nr. 131 din 7 august 1973, prioritate din 26 iunie 1963 (Buletinul de descoperiri și invenții, volumul 47) [3] .

Formula de descoperire: „S-a stabilit un fenomen necunoscut anterior de polarizare a electronilor și pozitronilor relativiști în timpul mișcării lor într-un câmp magnetic (de exemplu, în inele de stocare ), datorită fluctuațiilor cuantice ale radiației sincrotronului” [4] .

Note

↑ Sokolov A. A., Ternov I. M. {{{titlu}}} // Rapoarte ale Academiei de Științe a URSS : jurnal. - 1963. - T. 153 . - S. 1053 . (Rusă)
↑ Bayer V.N. Polarizarea radiativă a electronilor în inele de stocare (engleză) // Uspekhi fizicheskikh nauk : journal. - Academia Rusă de Științe , 1971. - Vol. 105 . — P. 441 .
↑ Descoperiri științifice în Rusia.
↑ RAS: Cărți noi și descoperiri - 1973

Literatură

Bagrov V. G. Efecte cuantice în radiația sincrotron , partea 6.
Sokolov AA și Ternov IM (1964): „On Polarization and Spin Effects in Synchrotron Radiation Theory”. Sov. Fiz. Dokl. 8 :1203.
Kessler J. (1985): Electroni polarizați. editia a 2-a. Berlin: Springer. Partea 6.2.
Sokolov AA și Ternov IM (1986): Radiation from Relativistic Electrons. New York: Seria de traduceri a Institutului American de Fizică. Editat de CW Kilmister. ISBN 0-88318-507-5 . Partea 21.3 (teorie) și partea 27.2 (experiment).