ソコロフ・テルノフ効果

ソコロフ・テルノフ効果は、磁場中を高エネルギーで運動する相対論的電子または陽電子の自己分極効果である。自己分極は、スピン反転シンクロトロン放射の放出によって起こる。この効果はイゴール・テルノフによって予測され、その予測はディラック方程式の厳密解を用いてアルセニー・ソコロフによって厳密に正当化された。^{[1] [2]}

磁場内の電子は、磁場の方向（「上向き」と仮定）に対して、同じ方向（「スピンアップ」）または反対方向（「スピンダウン」）にスピンを向けることができます。「スピンダウン」状態は、「スピンアップ」状態よりも高いエネルギーを持ちます。分極は、シンクロトロン放射の放出による「スピンダウン」状態への遷移率が、「スピンアップ」状態への遷移の確率よりもわずかに高いという事実によって発生します。その結果、最初は分極されていなかった高エネルギー電子ビームは、十分な時間が経過すると、ストレージリング内を循環し、磁場と反対方向にスピンを向けます。飽和は完全ではなく、次の式で明確に説明されます^[3]

${\displaystyle \xi (t)=A\left(1-e^{-{\frac {t}{\tau }}}\right),}$

ここで、は限界偏光度（92.4%）であり、は緩和時間です。 ${\displaystyle A=8{\sqrt {3}}/15\approx 0.924}$${\displaystyle \tau}$

${\displaystyle \tau =A{\frac {4\pi \varepsilon _{0}\hbar ^{2}}{mce^{2}}}\left({\frac {mc^{2}}{E}}\right)^{2}\left({\frac {H_{0}}{H}}\right)^{3}.}$

ここでは前と同じです。およびは電子の質量と電荷、は真空の誘電率、は光速度、はシュウィンガー場、は磁場、 は電子エネルギーです。 ${\displaystyle A}$${\displaystyle m}$${\displaystyle e}$${\displaystyle \varepsilon_{0}}$${\displaystyle c}$${\displaystyle H_{0}\approx 4.414\times 10^{13}~{\text{ガウス}}}$${\displaystyle H}$${\displaystyle E}$

スピン軌道エネルギー交換が存在するため、 分極の限界度は1 未満であり、これにより「スピンアップ」状態への遷移が可能になります (「スピンダウン」状態への遷移の確率の 25.25 倍低い)。${\displaystyle A}$

典型的な緩和時間は数分から数時間です。したがって、高度に偏光したビームを生成するには、十分な時間と蓄積リングの使用が必要です。

陽電子の自己分極効果も同様であるが、唯一の違いは陽電子は磁場の方向と平行な方向にスピンを向ける傾向があることである。^[4]

ソコロフ・テルノフ効果は、ソ連、フランス、ドイツ、アメリカ、日本、スイスにおいて、1～50 GeVのエネルギーの電子を貯蔵するリングで実験的に観測された。^{[3] [5]}

• 1971年 –ブドカー原子核物理学研究所（最初の観測）、625MeV蓄積リングVEPP-2を使用。
• 1971年 – オルセー（フランス）、536MeV АСО貯蔵リングを使用。
• 1975年 – スタンフォード大学（米国）、2.4 GeV SPEAR ストレージリングを使用。
• 1980年 – DESY 、ハンブルク（ドイツ）、15.2 GeV PETRAを使用。

放射偏光の効果は、さまざまな実験に使用できる高エネルギー電子と陽電子の偏光ビームを作成するための独自の機能を提供します。

この効果はウンルー効果とも関連付けられており、これまでのところ、実験的に達成可能な条件下では観察するには小さすぎます。

ソコロフとテルノフによって与えられた平衡分極は、軌道が完全に平面でない場合には補正される。この式はデルベネフとコンドラテンコらによって一般化されている。^[6]

• Sokolov AA および Ternov IM (1973): 1973 年 8 月 7 日付の Award N 131、優先日 1963 年 6 月 26 日、Byull. Otkr. i Izobr.、第47巻。

• ウンルー効果
• ホーキング放射
• フロワサール・ストーラ方程式