11. Само поляризация спина электрона в поле плоской электромагнитной волны.

Эффект само поляризации спина электрона является одним из наиболее интересных эффектов при квантовомеханическом описании процесса спонтанного излучения релятивистских электронов во внешних электромагнитных полях. Это явление проявляется в том, что в ансамбле частиц устанавливается преимущественная ориентация спина в результате встрясок, испытываемых электроном со стороны испускаемых фотонов.

Впервые задача о принципиальной возможности использования комптоновского рассеяния для получения поляризованных электронов была поставлена в [192, 193], где были исследованы особенности поведения сечения рассеяния в зависимости от спина электронов. Однако рекомендации из [192, 193] пока практически не реализованы, этому можно дать такое объяснение: если поместить на время порядка одного часа в накопительное кольцо с мощным магнитным полем пучок электронов, то из-за эффекта радиационной само поляризации при синхротронном излучении, впервые предсказанного в [194, 195] и детально исследованного в работах [1, 12, 196-201] устанавливается преимущественная ориентация электронного спина против направления магнитного поля. Это, пожалуй, единственный способ получения релятивистских поляризованных электронов известный в настоящее время. Здесь направление в пространстве, по которому ориентируется спин электрона, не связано с динамикой электрона.

Затем такой пучок поляризованных релятивистских электронов можно использовать в физических экспериментах, выводя его из накопителя.

Основные выводы этой теории получили экспериментальное подтверждение [203-208].

Авторы работ [209, 210] сделали вывод, что при плоскостном каналировании электронов в изогнутых монокристаллах должна наблюдаться само поляризация спина электрона. Аналогичный вывод был сделан в [211, 212] относительно аксиального каналирования электронов в кристалле. Это связано с тем, что характер движения электрона в вышеприведенных случаях в общих чертах совпадает с движением в магнитном поле.

Другой подход необходим в случае поля плоской электромагнитной волны. Дело в том что если направление спина в пространстве и времени фиксировано, то в среднем преимущественной ориентации спина не происходит, как это проанализировано при комптон-эффекте в [109], причем в этой работе вектор спина выбирался направленным по направлению распространения плоской волны. Очень важным при решении проблемы преимущественной ориентации спина является правильный выбор ориентации векторов спина.

В работах [182, 183, 192, 193] изучалось дифференциальное сечение, которое в сильной степени зависит от вектора электронного спина, но после интегрирования по углам вылета фотона [109] в полном сечении эта зависимость исчезает (в членах, связанных с переориентацией спина). Но необходима уточнить результат работы [109] тем, что вектор спина не только является фиксированным, но и не связан с характеристиками электрона в конечном состоянии, только тогда результат [109] верен.

Оказывается, существуют направления, связанные с динамикой самого электрона, вдоль которых может наблюдаться преимущественная ориентация пучка электронов. Найдем эти направления.

Для этого из (3.27) суммируя по конечным и усредняя по начальным спинам, получим известную [109, 184-189] полную вероятность излучения неполяризованного электрона. Чтобы получить формулу для этой полной вероятности, достаточно подставить в (3.27) следующие выражения

, (3.30)

Исследуем эффект радиационной самополяризации в плоской электромагнитной волне подобно тому, как это сделано в случае эффекта самополяризации в магнитном поле [194-203], то есть примем в рассмотрении вероятности переходов только с переворотом спина , поскольку первоначальное соотношение числа частиц, имеющих разную ориентацию спина, переходы без переориентации спина не изменяют.

Для того, чтобы изучить эффект самополяризации спина электрона, надо использовать кинетическое уравнение [194, 195], так как этот процесс имеет релаксационный характер. После того, как пройдет время , где- время релаксации, в системе устанавливается динамическое равновесие.

Пусть - равновесная доля электронов со спиномв конечном состоянии, а- равновесная доля электронов со спиномв конечном состоянии, тогда имеет место соотношение

,(3.31)

Отсюда можно сделать глобальный вывод, что если то преимущественной ориентации спина нет (), если же, в свою очередь,, тогда возникнет преимущественная ориентация, а время релаксации определяется только величиной.

Положим, что спиновый вектор и что он не зависит от углов,(т.е. от конечных квантовых чисел электрона, зависящих от,), тогда интегрируя пои учитывая (3.28) из (3.27) получими эффект самполяризации отсутствует [109]. Если же положить чтозависит от квантовых чисел электрона, в конечном состоянии, то можно поставить задачу найти такойкоторый обнаруживает максимальный эффект самополяризации или, что тоже самое, максимальное значение. Зададимся этой задачей.