​Российские ученые выяснили, что так называемый закрученный электрон может вести себя как волна даже при высоких энергиях, в то время как волновые свойства обычных электронов теряются при ускорении. Проверить полученные результаты ученые планируют с помощью экспериментов на современных коллайдерах. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов. Статья об работе опубликована в журнале Physical Review A.

Около ста лет назад физики выяснили, что электрон обладает свойствами как волны, так и частицы. Это явление получило название корпускулярно-волнового дуализма. При скоростях, близких к скорости света, электрон перестает проявлять волновые свойства, и его можно рассматривать как частицу.

В 2010–2011 годах физики научились получать так называемые закрученные электроны, а чуть позже и нейтроны. «Закрученные» электроны отличаются от обычных тем, что кроме поступательного движения в пространстве их волновой фронт вращается вокруг направления движения. Это, казалось бы, незначительное отличие в корне меняет свойства элементарной частицы.

""Закрученные" фотоны ранее привели к созданию нового типа так называемых оптических пинцетов - устройств, позволяющих передвигать и вращать микроскопические объекты с помощью светового пучка. Генерация электронов и нейтронов в "закрученном" состоянии позволила существенно улучшить качество анализа магнитных свойств наноматериалов, открыла новые возможности для атомной спектроскопии и электронной микроскопии с субнанометровым разрешением", - говорит автор работы, старший научный сотрудник ТГУ Дмитрий Карловец.

Ученые исследовали поведение "закрученных" электронов при скоростях, близких к скорости света. Для этого они проводили моделирование с помощью компьютерных программ, а также использовали методы математической физики для описания процессов, происходящих с "закрученным" электроном при высоких энергиях.

В результате исследования ученые выяснили, что, в отличие от обычного, "закрученный" электрон при ускорении до скоростей, близких к скорости света, не теряет "закрученности", то есть волновых свойств. Также исследователи показали еще один эффект, отличающий "закрученный" электрон от обычного. Он заключается в увеличении эффективной массы этой элементарной частицы. По словам ученых, это очень похоже на эффект утяжеления электрона во внешнем электромагнитном поле, где за счет взаимодействия с фотонами (квантами света) масса электрона увеличивается. "Закрученный" электрон также становится эффективно тяжелее обычного за счет дополнительной "вращательной" энергии.

"Данное свойство мы планируем проверить в экспериментах на современных коллайдерах - ускорителях частиц. Для их проведения необходимо было убедиться, что свойство "закрученности" сохраняется при ускорении. Наша работа дает положительный ответ на этот вопрос, что открывает принципиальную возможность для получения "закрученных" электронов высокой энергии", - заключает Дмитрий Карловец.

Похожие новости

  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1408
  • 25/05/2018

    Ученые обнаружили новый тип полуметаллов

    ​Российские ученые впервые описали топологическую электронную структуру моносилицида кобальта и обнаружили, что материал относится к новому типу полуметаллов. Результаты исследования описаны в журнале Journal of Physics: Condensed Matter.
    261
  • 10/05/2018

    ​Российские ученые разработали новый тип оптического волокна для лазеров

    ​Российские физики разработали новый тип оптического волокна для лазеров, излучающих в области 1,6–1,8 микрометров, и изучили его уникальные характеристики. Работа проводится впервые в мире, а ее результаты опубликованы в журнале IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
    256
  • 23/07/2018

    Российские физики создали суперлюминесцентный световод для космических аппаратов

    Оптоволокно с добавкой висмута может стать мощным суперлюминесцентным источником излучения для инструментов и приборов, работающих в космосе.   Исследователи из Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН и Института химии высокочистых веществ им.
    146
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    114
  • 20/07/2018

    Ученые исследуют распространение тепла в сверхчистых кристаллах

    Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали математическую модель процессов, происходящих при распространении тепла в сверхчистых кристаллах. Это откроет перспективы создания новых материалов для использования в охлаждающих контурах различного оборудования.
    177
  • 29/12/2017

    Топ-20 наиболее интересных разработок сибирских ученых в 2017 году

    На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-20  сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2017 года, размещенных на нашем портале.
    874
  • 20/06/2018

    Ученые объяснили формирование суперземель

    ​Российские ученые проанализировали эволюцию молодых звезд и выяснили, как формируются планеты на ранних стадиях. Это поможет изучать процессы, происходящие при образовании экзопланет, что позволит лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.
    235
  • 17/08/2018

    Двухслойная мембрана позволит получить особо чистый кислород

    ​Российские ученые разработали новую двухслойную мембрану для получения особо чистого кислорода из воздуха. Ее можно использовать в микро- и наноэлектронике, фармацевтической промышленности и биотехнологии.
    165
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    147