| |||
| ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ Научные открытия в области ускорения частиц. Научное открытие "Эффект самополяризации электронов или позитронов в магнитном поле". Формула открытия: "Установлено неизвестное ранее явление поляризации релятивистских электронов и позитронов при их движении в магнитном поле (например, в накопительных кольцах), обусловленное квантовыми флюктуациями синхротронного излучения". Авторы: А. А. Соколов, И. М. Тернов. Номер и дата приоритета: № 131 от 26 июля 1963 г. Описание открытия. Профессора МГУ, доктора физико-математических наук А. А. Соколов и И. М. Тернов в результате многолетних исследований движения электронов в магнитном поле с ультрарелятивистскими скоростями открыли эффект их радиационной самополяризации в нём. Природа этого явления тесно связана с особыми свойствами синхротронного излучения - с испусканием электронами и позитронами электромагнитных волн во время движения в магнитном поле по круговой траектории. Такое излучение впервые наблюдалось в ускорительных установках (синхротронах) в 40-х годах, чем и объясняется его название. С тех пор исследование синхротронного излучения постоянно привлекало внимание российских и зарубежных ученых и сопровождалось теоретическими предсказаниями существования ряда его неожиданных свойств. Российским учёным удалось разработать законченную физико-математическую квантовую теорию синхротронного излучения, сущность которой состоит в особом квантовом характере движения электронов и позитронов с большой энергией о магнитном поле. Дело в том, что при высокой энергии заряженных частиц синхротронное излучение обнаруживает характерную для квантовых явлений дискретность: электромагнитное излучение происходит в виде испускания отдельных мощных фотонов, число которых за период обращения электрона в магнитном поле измеряется единицами. При энергиях электронов около 500 млн. эВ и выше частицы начинают испытывать особую отдачу вследствие испускания ими квантов электромагнитного поля - фотонов. При этом электроны и позитроны движутся подобно броуновским частицам, испытывая флюктуационное воздействие со стороны испускаемых фотонов: траектория таких электронов и позитронов начинает подчиняться квантовым законам. Можно сказать, что электроны и позитроны подвергаются усиленной "встряске", которая может породить особые явления, не свойственные обычным представлениям. В 1963 году А. А. Соколову и И. М. Тернову на основе разработанной ими общей теории синхронного излучения удалось предсказать и рассчитать явление самополяризации электронов и позитронов при их движении в магнитном поле. Как известно, одно из важных свойств микрочастиц состоит в том, что они обладают так называемым собственным моментом вращения (спином), не связанным с их перемещением в пространстве. В обычном, неполяризованном пучке электронов или позитронов спины частиц направлены хаотически. Авторами открытия было установлено, что в условиях сильного воздействия квантовых флюктуации, т. е. в процессе сильной "встряски", спины частиц приобретают преимущественную ориентацию: спины электронов ориентируются противоположно направлению магнитного поля, а спины позитронов - вдоль магнитного поля. Таким образом, по прошествии некоторого времени (времени релаксации) обычный пучок электронов или позитронов становится поляризованным - спины частиц принимают упорядоченную ориентацию. Процент такой поляризации высок - более 90. Время, в течение которого происходит упорядочение ориентации спинов, зависит от энергии частиц и величины напряженности магнитного поля. В частности, при энергиях электронов около 1 млрд. эВ оно составляет примерно час. При повышении энергии частиц и напряженности магнитного поля оно сокращается. Чтобы наблюдать самополяризацию электронов и позитронов, нужны определенные условия не только для движения частиц в магнитном поле, но и для их длительной циркуляции. Такие условия реализуются в накопительных кольцах - особых установках с длительной циркуляцией электронов и позитронов. Эксперименты 1971-1972 гг., проведенные в Сибирском отделении АН СССР и во Франции, в лаборатории линейного ускорителя в Орсе, еще раз подтвердили открытие советских ученых. Синхронное излучение наблюдается не только в лабораторных условиях. Оно составляет важный объект исследований движения быстрых частиц в межзвездных магнитных полях, объясняя природу радиоизлучения (например, пульсаров), приходящего к нам из других галактик. Эффект самополяризации электронов и позитронов имеет и существенное прикладное значение. Изучение структуры элементарных частиц и их взаимодействий требует создания пучков частиц с ориентированным спином. Такие поляризованные пучки способны дать наиболее полную информацию при использовании их в современном эксперименте. С помощью известных до настоящего времени методов поляризации частиц можно было создать пучки с ориентированным спином лишь для области малых энергий. Эффект радиационной самополяризации электронов и позитронов открывает перед исследователями совершенно новые возможности, поскольку при движении быстрых частиц в накопительных кольцах ориентация их спинов происходит автоматически и достигает высокой степени. Высоко оценивая исследования авторов открытия, академик А. А. Логунов пишет: "А. А. Соколов и И. М. Тернов впервые разработали квантовую теорию движения ультрарелятивистских электронов или позитронов по траекториям с макроскопическим радиусом кривизны. Эта теория нашла применение при исследовании авторами свойств синхротронного излучения. Особенно подробно ими был исследован случай ультрарелятивистского движения в постоянном и однородном магнитном поле. В работах А. А. Соколова и И. М. Тернова содержится открытие очень важного эффекта. Еще более подчеркивает важность результата то, что он, как и всякий основополагающий результат, вызвал целый поток теоретических и экспериментальных исследований. Результаты теоретических исследований авторов открытия по радиационной самополяризации электронов, получившие экспериментальное подтверждение, имеют важное значение для получения поляризованных электронов в накопительных кольцах". За свое открытие А. А. Соколов и И. М. Тернов удостоены Государственной премии СССР 1976 года. Главная КОСМОС ЗЕМЛЯ ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА МАТЕМАТИКА |