Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
поля вдоль траектории частицы, роль аномального магнитного момента
частиц.
Открытие эффекта радиационной поляризации электронов и позитронов в
накопительных кольцах [4] явилось существенным про-^ грессом в решении
задачи о создании пучков легких поляризованных частиц высокой энергии.
Действительно, в процессе движения электронов и позитронов в накопителе
частицы становятся поляризованными, уже имея при этом высокую энергию.
Более того, сам процесс поляризации становится эффективным только в
области релятивистских значений энергии частиц. В связи с этим отпадает
необходимость в, решении задачи об ускорении нерелятивистских частиц с
ориентированным спином до больших значений энергии. Следует также
обратить внимание на то, что радиационная поляризация не вносит каких-
либо изменений в свойства пучко? частиц: lie влияет на плотность частиц в
пучке, не вызывает разброса энергетических параметров. В процессе
радиационной поляризации
РАДИАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ 889
электронные и позитронные пучки приобретают ориентированный спин,
практически не изменяя своих характеристик орбитального движения.
Через несколько лет после теоретического установления эффект радиационной
поляризации электронов был подтвержден экспериментально во Франции
(Орсэ), в Новосибирске в Институте ядерной физики (ЙЯФ) СО АН СССР и
несколько позже в США и ФРГ. Экспериментальные наблюдения послужили
импульсом к изучению и развитию теории этого интересного явления
применительно к реальным условиям движения частиц в накопительных
кольцах.
В рассмотренной нами совместно с А. А. Соколовым [4], а также В. Г.
Багровым и Р. А. Рзаевым [7] задаче эффект радиационной поляризации был
установлен и изучен для случая движения частиц в постоянном и однородном
магнитном поле. При этом был избран метод "точных решений", в
соответствии с которым состояния электрона в магнитном поле описывались
точными решениями уравнения Дирака, а взаимодействие электрона с
электромагнитным полем излучения рассматривалось методами квантовой
электродинамики. Подобный подход к решению задачи позволил выявить ряд
принципиально новых физических эффектов, к числу которых относится и
эффект радиационной поляризации.
Постановка задачи о движении и излучении заряда в постоянном и однородном
магнитном поле в известной степени является неплохой моделью движения
электронов и позитронов в накопительном кольце. Однако в условиях
движения частиц в реальных накопительных установках возникает много
дополнительных факторов, влияющих на устойчивость ориентации их спина и
способных вызвать деполяризацию пучка. В ряде работ, выполненных учеными
ИЯФ СО АН под руководством А. Н. Скринского (см. [8, 9]), был развит
метод квазиклассического описания явления радиационной поляризации, с
помощью которого был проведен детальный анализ влияния конкретных условий
движения заряда в накопительном кольце на процесс поляризации.
Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования показали, что
при выполнении определенных условий можно обеспечить действие механизма
радиационной поляризации пучков электронов и позитронов и в реальных
накопителях частиц. При этом в целом итог этих исследований весьма
оптимистичен: вплоть до* энергий электронов 100 ГэВ оказывается возможным
обеспечить устойчивую поляризацию пучков частиц, близкую к модели
однородного поля.
Таким образом, были выявлены и установлены широкие возможности получения
поляризованных частиц высокой энергии, а также управления; процессом
поляризации и использования быстрых частиц, с ориентированным спином. Все
это создает хорошие предпосылки к развитию физики поляризационных
явлений, поскольку применение' поляризованных частиц значительно
расширяет возможности экспе-
890 ТЕРНОВ и. м.
Таблица действующих накопительных колец - источников поляризованных
электронов и позитронов
Наименование Местоположение Е, ГэВ R, м J, мА
АСО Франция, Орсэ 0,55 1,1 100
ВЭПП-2 М СССР, Новосибирск 0,67 2 100
SPEAR США, Станфорд 4 12,7 60
ВЭПП-4 СССР, Новосибирск 6 33 100
DORIS ФРГ, Гамбург 7,5 12,1 100
PEP США, Станфорд 15 170 100
PETRA ФРГ, Гамбург 22,5 200 90
риментатора. Приведем краткие данные о современных накопителях, на
которых проводятся эксперименты по применению поляризованных пучков
электронов и позитронов.
1. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ЭФФЕКТА РАДИАЦИОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
Открытие эффекта радиационной поляризации электронов оказалось возможным
благодаря реализации программы последовательного и широкого исследования
квантовых эффектов в условиях макроскопического движения релятивистских
электронов в магнитном поле. Развивая квантовую теорию синхротронного
излучения (см. [2]), целесообразно исходить из общих основ квантовой
релятивистской механики и квантовой электродинамики, применяя метод
точных решений уравнения Дирака. В соответствии с этим методом волновая
функция, описывающая квантовые состояния электрона, подчиняется уравнению
