Расчеты физика ТГУ позволят запустить в ускорители новые частицы
7 Августа 2018

Старший научный сотрудник ФФ ТГУ Дмитрий Карловец рассчитал и теоретически обосновал, что волновые свойства электронов сохраняются и при очень высоких энергиях. Исследование томского физика касается так называемых «закрученных электронов», эти результаты делают возможным использование таких частиц в современных коллайдерах. Ранее подобные эксперименты не проводились из-за отсутствия доказательств, что свойство «закрученности» сохраняется при ускорении.

Результаты исследования физика ТГУ опубликованы в американском журнале Physical Review A (Q1).

– В работе я показал, что у электронов с большой «закрученностью» (или на физическом языке – с большим орбитальным моментом импульса) волновые свойства сохраняются и при очень высоких энергиях, – объясняет Дмитрий Карловец. – Орбитальный момент свободно распространяющихся пучков электронов, протонов и других частиц – это новый параметр, или новая степень свободы, которая может оказаться полезной в физике высоких энергий, в частности, при исследовании загадки спина протона.

Дмитрий Карловец.jpgПоследние несколько лет ученые активно обсуждали возможность применения этих частиц в фундаментальных исследованиях на ускорителях. Однако до работы томского физика было неясно, проявляются ли волновые свойства частиц (а «закрученность» является именно таким свойством) при высоких энергиях.

– Теперь это свойство может быть проверено в экспериментах на современных коллайдерах – ускорителях частиц, но для этого необходимо было сначала в теории убедиться, что свойство «закрученности» сохраняется при ускорении, – говорит физик. – Моя работа дает положительный ответ на этот вопрос, что открывает принципиальную возможность для получения электронов высокой энергии с орбитальным моментом.

Добавим, что в 2010-2011 гг. физики совершили прорыв в управлении волновыми свойствами материи – они научились получать «закрученные» электроны, а чуть позже – и нейтроны. Если представить одну такую частицу в виде волны, то ее передний фронт будет похож на штопор, аналогично фотону. Такие электроны уже нашли применение при исследовании магнитных свойств материалов и наноструктур с атомным разрешением в электронной микроскопии.

Одно из необычных свойств «сильно закрученных» электронов состоит в том, что их эффективная масса оказывается больше массы обычного электрона. Это очень похоже на эффект утяжеления электрона во внешнем электромагнитном поле, где за счет взаимодействия с фотонами (квантами света) масса «голого» электрона теряет смысл. «Закрученный» электрон также становится эффективно тяжелее обычного за счет своей волновой природы, и чем больше его орбитальный момент, тем он тяжелее.

Исследование проведено в рамках проекта № 17-72-20013 Президентской программы Российского научного фонда.