Эффект Соколова — Тернова — эффект самополяризации пучка электронов или позитронов в магнитном поле посредством синхротронного излучения. Предсказан А. А. Соколовым и И. М. Терновым в 1963 году.^[1].

Теория

Электрон в магнитном поле может находиться в состоянии со спином, направленным параллельно («спин вверх») или антипараллельно («спин вниз») магнитному полю (предполагается, что магнитное поле направлено вверх). Состояние «спин вниз» обладает меньшей энергией по сравнению с состоянием «спин вверх». Теоретический расчёт показал, что вероятность перехода в состояние «спин вниз» за счёт синхротронного излучения немного больше, чем в состояние «спин вверх». В результате изначально неполяризованный пучок электронов, движущийся в накопительном ускорительном комплексе, через достаточно долгое время перейдёт в поляризованное состояние со спином, направленным противоположно магнитному полю. Поляризация не является полной; ее зависимость от времени описывается формулой

где — предельная степень поляризации (92,4%) и — характерное время релаксации, равное

Здесь , и — масса, заряд электрона и скорость света; Гс — поле Швингера, — напряжённость магнитного поля, — энергия электрона.

Меньшая единицы предельная степень поляризации возникает из-за наличия обмена энергией между спиновой и орбитальной степенями свободы, которое делает возможным переход в состояние «спин вверх» (с вероятностью, в 25,25 раз меньшей, чем в состояние «спин вниз»).

Характерное время релаксации составляет минуты или часы. Поэтому для получения достаточно сильно поляризованного пучка требуется длительное время и практически используются накопительные кольца, позволяющие сохранять пучок электронов в течение часов.

Эффект также описывает поляризацию позитронов, с той разницей, что для позитрона состояние «спин вверх» обладает меньшей энергией по сравнению с состоянием «спин вниз». В результате пучок позитронов переходит в состояние со спином, ориентированном в том же направлении, что и магнитное поле.

Экспериментальное обнаружение

• 1971 — Институт ядерной физики СО РАН (первое наблюдение), использовался 625 МэВ ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2.
• 1971 — Орсэ (Франция), использовался 536 МэВ АСО storage ring.
• 1975 — SLAC, Стэнфорд (США), использовался 2.4 ГэВ SPEAR storage ring.
• 1980 — DESY, Гамбург (ФРГ), использовался 15.2 ГэВ ускоритель PETRA.

Применение

Позволяет получать поляризованные пучки электронов для проведения дальнейших экспериментов. Преимущества:^[2]

• позволяет получать поляризованные пучки сразу высоких энергий (фактически является эффективным, начиная с энергии несколько сотен МэВ);
• процесс поляризации не меняет свойств пучка (интенсивности, разброса параметров и т. д.), что выгодно отличает его например от способа получения поляризованных пучков с помощью рассеяния;
• электроны и позитроны могут быть поляризованы при любой заданной энергии, что снимает весьма сложную задачу ускорения поляризованных частиц.

Диплом

Соколов А. А. и Тернов И. М. (1973). Диплом на научное открытие «Эффект радиационной самополяризации электронов в магнитном поле», занесенное в Государственный реестр открытий СССР под N 131 от 7 августа 1973, приоритет от 26 июня 1963 г. (Бюллетень открытий и изобретений, том 47).^[3]

Формула открытия: «Установлено ранее неизвестное явление поляризации релятивистских электронов и позитронов при их движении в магнитном поле (напри­мер, в накопительных кольцах), обусловленное квантовыми флуктуациями синхротронного излучения»^[4].

Литература