ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

в ядерных реакциях и при рассеянии :элементарных частиц - зависимость сечения взаимодействия частиц от взаимной ориентации их спинов н импульсов. Зависимость взаимодействия заряж. частиц от ориентации их орбитального н спинового моментов хорошо известна в квантовой электродинамике. Воздействие магн. поля от орбитального движения электрона на его собств. магн. момент ( спин-орбитальное взаимодействие] Приводит к тонкому расщеплению ат. уровней ( тонкая структура), а взаимодействие собств. магн. моментов ядра и электронов (спин-спиновое взаимодействие) наблюдается как сверхтонкое расщепление, напр. различие уровней и в атоме водорода возникает из-за разл. магн. взаимодействия протона и электрона с параллельными и антипараллельными спинами (см. Сверхтонкая структура, Сверхтонкое взаимодействие). Аналогичные особенности присущи сильным взаимодействиям и слабым взаимодействиям.

Простейшим примером служит нерелятивистское рассеяние частицы со спином (напр., нуклона) на бесспиновой частице, напр. на ядре с нулевым спином I = 0. Процесс рассеяния полностью описывается амплитудой рассеянияк-рая в данном случае является спиновой матрицей Спин-орбитальное взаимодействие приводит к зависимости амплитуды рассеяния от спинов. При заданном (полуцелом) значении полного угл. момента системы j орбитальный момент может принимать 2 значения отвечающие разл. чётности. Поэтому из сохранения j и чётности следует сохранение абс. значения l, т. е. оператора Единственным действующим на спины инвариантным оператором, коммутирующим с является оператор или пропорциональный ему оператор - единичный псевдовектор нормали к плоскости рассеяния: где - единичные векторы в направлении падающего ц рассеянного пучков). Поэтому общий вид оператора амплитуды рассеяния в рассматриваемом случае [1]:

где амплитуды А и В не зависят от спинов. Дифференц. сечение рассеяния частицы из состояния о проекцией спина в состояние с проекцией спина b определяется величиной Обычно важно сечение рассеяния, просуммированное по конечным и усреднённое по начальным проекциям спина. Для такой величины из (1) следует:

где псевдовектор поляризации падающего пучка - ср. спин в нач. состоянии). Эта величина приобретает ясный смысл, если ось квантования направлена по Тогда

Здесь - число частиц со спином по направлению .и против. Благодаря множителю в ф-ле (2) сечение рассеяния зависит не только от полярного угла но p от азимутального угла между векторами и Поляризация рассеянных частиц может быть вычислена по ф-ле

Для неполяризованного пучка

Т. о., из (2) получается

Из (4) видно, что при наличии спин-орбитального взаимодействия ( В0) неполяризов. пучок после рассеяния приобретает поляризацию, направленную перпендикулярно плоскости рассеяния.

Величину наз. анализирующей способностью мишени А. Если поляризац. свойства ядер мишени известны, т. е. известно А, то, измеряя асимметрич. рассеяние налево и направо на этом ядре, можно определить степень поляризации пучка бомбардирующих частиц. В свою очередь пучки поляризов. частиц могут быть получены в результате рассеяния или ядерных реакций. Выражение (2) для рассеиваемых частиц со спином справедливо для мишени с произвольным спином, если она неполяризована.

В общем случае, когда сппн рассеиваемой частицы больше или спин мишени отличен от 0, для описания поляризации пучка и анализирующей способности мишени требуется большее число параметров. В случае спина 1 возможны 3 значения проекции спина (+1, О, - 1), и для описания состояния пучка помимо поляризации необходимо знание выстроенности пучка по спину, т. е. величины

Поляризация рассеянных частиц в этом случае определяется не одной, как в случае s =а неск. поляризующими способностями.

В случае, когда частицы пучка и мишени поляризованы, для описания эфф. сечения необходимо, кроме анализирующей способности, использовать т. н. коэф. корреляции спинов. В то время как анализирующие способности описывают чувствительность рассеяния или ядерной реакции к состоянию поляризации пучка или мишени, коэф. корреляции описывают их чувствительность к параметрам, характеризующим корреляцию спинов пучка и мишени.

Все рассмотренные выше величины, характеризующие зависимость от спинов характеристик ядерной реакции,- поляризация продуктов реакции, анализирующая способность мишени, коэф. корреляции спинов - могут быть определены экспериментально. Их наз. поляризационными наблюдаемыми. Измерение всех поляризац. наблюдаемых наз. полным опытом.

Важный практич. случай - рассеяние двух нерелятивистских частиц со спинами напр. нуклон-нуклонное (NN) рассеяние при небольших энергиях. В этом случае аналог разложения (1) оператора содержит 5 инвариантных амплитуд:

Здесь единичные векторы направлены вдоль векторов соответственно. Амплитуды В, С, D наз. тензорными, Е- спин-орбитальной. Дифференц. сечение рассеяния неполяризов. нуклонов определяется всего одной комбинацией этих амплитуд, а для извлечения их всех из эксперимента требуется проведение полного опыта.

NN-рассеяние при энергиях < 300 МэВ обычно рассматривают в нерслятпвпстском приближении и описывают с помощью NN-потенциала, содержащего помимо центрального тензорный и спин-орбитальный компоненты. Для определения этих компонентов требуется знание всех инвариантных амплитуд в разложении (6).

При описании рассеяния нуклонов и легчайших ядер на ядрах используют оптическую модель ядра с оптич. потенциалом, содержащим центральный и спин-орбитальный компоненты. С помощью эксперим. данных по дифференц. сечениям и поляризацииудаётся оценить форму и величину разд. членов оптич. потенциала.

Кроме выяснения характера спиновой зависимости нуклон-нуклонного и нуклон-ядерного взаимодействия, изучение П. э. позволяет уточнить информацию об уровнях ядер, установить механизм ядерных реакций, более полно осуществить проверку принципов симметрии в ядерных взаимодействиях (см. Несохранение чётности в ядрах). Так, для установления степени несохра-ненпя чётности в нуклон-нуклонном рассеянии была измерена продольная компонента анализирующей способности для p-p - рассеяния. Уровень несохранения чётности оказался порядка . При релятивистских энергиях взаимодействующих частиц для амплитуды реакции также можно записать разложение типа (1) пли (6) по релятивистски инвариантным компонентам, для нахождения к-рых требуется проведение поляризац. экспериментов. Т. о., изучение П. э. является важным инструментом исследования фундам. свойств элементарных частиц, ядер и их взаимодействий.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Квантовая ме-. ханнка, 4 изд., М., 1989; Немец О. Ф., Ясногородский А. М., Поляризационные исследования в ядерной физике, К., 1980; Лапидус Л. П., Поляризационные явления в адронных соударениях при промежуточных энергиях, "ЭЧАЯ", 1984, т. 15, в. 3, с. 493; High-energy spin physics. 8-th Intern" sympos., Minneapolis, US, ed. by K. J. Heller, v.1-2, Mn., 1988,

Э. Е. Caпepшmeйн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.