Efekt Sokolov – Ternov - Sokolov–Ternov effect

The Efekt Sokolov – Ternov je účinek autopolarizace relativistických elektronů nebo pozitronů pohybujících se při vysoké energii v a magnetické pole. K vlastní polarizaci dochází prostřednictvím emise spin-flipu synchrotronové záření. Účinek předpovídal Igor Ternov a předpověď přesně odůvodněna Arseny Sokolov pomocí přesných řešení Diracova rovnice.^[1][2]

Teorie

An elektron v magnetickém poli může mít své roztočit orientované ve stejném („roztočení nahoru“) nebo v opačném („roztočení dolů“) směru vzhledem ke směru magnetického pole (o kterém se předpokládá, že je orientováno „nahoru“). Stav „roztočení dolů“ má vyšší energii než stav „roztočení“. Polarizace vzniká v důsledku skutečnosti, že rychlost přechodu prostřednictvím emise synchrotronového záření do stavu „spin down“ je o něco větší než pravděpodobnost přechodu do stavu „spin up“. Výsledkem je, že původně nepolarizovaný paprsek vysokoenergetických elektronů cirkulujících v a úložný prsten po dostatečně dlouhé době bude mít otočení orientovaná ve směru opačném k magnetickému poli. Sytost není úplná a je výslovně popsána vzorcem^[3]

${ displaystyle xi (t) = A { Bigl (} 1-e ^ {- { frac {t} { tau}}} { Bigr)}}$

kde ${ displaystyle scriptstyle A ; = ; 8 { sqrt {3}} / 15 ; přibližně ; 0,924}$ je limitující stupeň polarizace (92,4%) a ${ displaystyle scriptstyle tau}$ je doba odpočinku,

${ displaystyle tau = A {{{4 pi epsilon _ {0} hbar} ^ {2}} nad {mc {e} ^ {2}}} { Bigl (} {{mc ^ { 2}} přes {E}} { Bigr)} ^ {2} { Bigl (} {H_ {0} přes H} { Bigr)} ^ {3}}$

Tady ${ displaystyle scriptstyle A}$ je jako předtím, ${ displaystyle scriptstyle m}$ a ${ displaystyle scriptstyle e}$ jsou hmotnost a náboj elektronu, ${ displaystyle epsilon _ {0}}$ je vakuová permitivita, ${ displaystyle scriptstyle c}$ je rychlost světla, ${ displaystyle scriptstyle H_ {0} ; přibližně ; 4,414 , krát , 10 ^ {13} , { text {gauss}}}$ je Schwingerovo pole, ${ displaystyle scriptstyle H}$ je magnetické pole a ${ displaystyle scriptstyle E}$ je elektronová energie.

Mezní stupeň polarizace ${ displaystyle A}$ je menší než jedna kvůli existenci spin-orbitální výměny energie, která umožňuje přechody do stavu „roztočení“ (s pravděpodobností 25,25krát menší než do stavu „roztočení dolů“).

Typická doba relaxace je v řádu minut a hodin. Produkce vysoce polarizovaného paprsku tedy vyžaduje dostatečně dlouhou dobu a použití úložné kroužky.

Efekt vlastní polarizace pro pozitrony je podobný, pouze s tím rozdílem, že pozitrony budou mít tendenci mít spiny orientované ve směru rovnoběžném se směrem magnetického pole.^[4]

Experimentální pozorování

Efekt Sokolov – Ternov byl experimentálně pozorován v SSSR, Francie, Německo, Spojené státy, Japonsko a Švýcarsko v úložných prstencích s elektrony energie 1-50 GeV.^[3][5]

• 1971 — Budker Institute of Nuclear Physics (první pozorování), s použitím úložného prstence 625 MeV VEPP-2.
• 1971 - Orsay (Francie), s použitím skladovacího prstence 536 MeV АСО.
• 1975 - Stanford (USA), s použitím úložného kroužku 2,4 GeV SPEAR.
• 1980 — DESY, Hamburk (Německo), s využitím 15,2 GeV PETRA.

Aplikace a zobecnění

Účinek radiační polarizace poskytuje jedinečnou schopnost vytvářet polarizované paprsky vysokoenergetických elektronů a pozitronů, které lze použít pro různé experimenty.

Účinek také souvisí s Unruh efekt což je až dosud za experimentálně dosažitelných podmínek příliš malé na to, abychom je mohli pozorovat.

Rovnovážná polarizace daná Sokolovem a Ternovem má korekce, když oběžná dráha není dokonale rovinná. Vzorec zobecnili Derbenev a Kondratenko a další.^[6]

Patent

• Sokolov A. A. a Ternov I. M. (1973): Cena N 131 ze dne 7. srpna 1973 s prioritou 26. června 1963, Byull. Otkr. i Izobr., sv. 47.

Viz také

• Unruh efekt
• Hawkingovo záření
• Froissart – Stora rovnice

Poznámky