04.12.2024

Александр Яковлевич Силенко (ЛТФ ОИЯИ) «Новый квантово-механический эффект и его применение для получения закрученных пучков частиц»

Закрученные пучки заряженных частиц имеют сегодня важные применения, особенно благодаря своим гигантским магнитным моментам. После проникновения из вакуума в соленоид заряженная частица движется по спирали. Квантово-механическое и классическое описания этого движения различаются.

Силенко Александр Яковлевич

В квантовой механике, в отличие от классической картины, частица имеет ненулевой радиальный импульс и существует новый эффект изменения ее квантово-механического состояния. Угловая скорость вращения частицы ω не коммутирует с гамильтонианом. Сразу после проникновения в соленоид вращение частицы характеризуется определенной фазой. После нескольких оборотов, число которых зависит от дисперсии величины ω, частица уже находится в одном из закрученных состояний Ландау. Как было показано ранее Floetmann и Karlovets (2020), такая частица остается закрученной после проникновения из соленоида в вакуум.

Показано, что найденный квантово-механический эффект может быть практически использован для производства закрученных пучков частиц в широком диапазоне энергий, включая пучки новых закрученных частиц.

Из Википедии:
Orbital angular momentum of free electrons
Measurement
Interferometric methods borrowed from light optics also work to determine the orbital angular momentum of free electrons in pure states. Interference with a planar reference wave,[5] diffractive filtering and self-interference[15][16][17] can serve to characterize a prepared electron orbital angular momentum state. In order to measure the orbital angular momentum of a superposition or of the mixed state that results from interaction with an atom or material, a non-interferometric method is necessary. Wavefront flattening,[17][18] transformation of an orbital angular momentum state into a planar wave,[19] or cylindrically symmetric Stern-Gerlach-like measurement[20] is necessary to measure the orbital angular momentum mixed or superposition state.
5. McMorran, Benjamin J.; Agrawal, Amit; Anderson, Ian M.; Herzing, Andrew A.; Lezec, Henri J.; McClelland, Jabez J.; Unguris, John (2011-01-14). "Electron Vortex Beams with High Quanta of Orbital Angular Momentum". Science. 331 (6014): 192–195. Bibcode:2011Sci...331..192M. doi:10.1126/science.1198804. PMID 21233382. S2CID 37753036.
15. Shiloh, Roy; Tsur, Yuval; Remez, Roei; Lereah, Yossi; Malomed, Boris A.; Shvedov, Vladlen; Hnatovsky, Cyril; Krolikowski, Wieslaw; Arie, Ady (2015-03-04). "Unveiling the Orbital Angular Momentum and Acceleration of Electron Beams". Physical Review Letters. 114 (9): 096102. arXiv:1402.3133. Bibcode:2015PhRvL.114i6102S. doi:10.1103/PhysRevLett.114.096102. PMID 25793830. S2CID 6396731.
16. Clark, L.; Béché, A.; Guzzinati, G.; Verbeeck, J. (2014-05-13). "Quantitative measurement of orbital angular momentum in electron microscopy". Physical Review A. 89 (5): 053818. arXiv:1403.4398. Bibcode:2014PhRvA..89e3818C. doi:10.1103/PhysRevA.89.053818. S2CID 45042167
17. Guzzinati, Giulio; Clark, Laura; Béché, Armand; Verbeeck, Jo (2014-02-13). "Measuring the orbital angular momentum of electron beams". Physical Review A. 89 (2): 025803. arXiv:1401.7211. Bibcode:2014PhRvA..89b5803G. doi:10.1103/PhysRevA.89.025803. S2CID 19593282.
18. Saitoh, Koh; Hasegawa, Yuya; Hirakawa, Kazuma; Tanaka, Nobuo; Uchida, Masaya (2013-08-14). "Measuring the Orbital Angular Momentum of Electron Vortex Beams Using a Forked Grating". Physical Review Letters. 111 (7): 074801. arXiv:1307.6304. Bibcode:2013PhRvL.111g4801S. doi:10.1103/PhysRevLett.111.074801. PMID 23992070. S2CID 37702862.
19. McMorran, Benjamin J.; Harvey, Tyler R.; Lavery, Martin P. J. (2017). "Efficient sorting of free electron orbital angular momentum". New Journal of Physics. 19 (2): 023053. arXiv:1609.09124. Bibcode:2017NJPh...19b3053M. doi:10.1088/1367-2630/aa5f6f. S2CID 119192171. Grillo, Vincenzo; Tavabi, Amir H.; Venturi, Federico; Larocque, Hugo; Balboni, Roberto; Gazzadi, Gian Carlo; Frabboni, Stefano; Lu, Peng-Han; Mafakheri, Erfan; Bouchard, Frédéric; Dunin-Borkowski, Rafal E.; Boyd, Robert W.; Lavery, Martin P. J.; Padgett, Miles J.; Karimi, Ebrahim (2017-05-24). "Measuring the orbital angular momentum spectrum of an electron beam". Nature Communications. 8: 15536. Bibcode:2017NatCo...815536G. doi:10.1038/ncomms15536. PMC 5458084. PMID 28537248.
20. Harvey, Tyler R.; Grillo, Vincenzo; McMorran, Benjamin J. (2017-02-28). "Stern-Gerlach-like approach to electron orbital angular momentum measurement". Physical Review A. 95 (2): 021801. arXiv:1606.03631. Bibcode:2017PhRvA..95b1801H. doi:10.1103/PhysRevA.95.021801. S2CID 119086719.