Дельбрюкское рассеяние

редактировать

Дельбрюкское рассеяние, отклонение фотонов высоких энергий в кулоновском поле ядер как следствие поляризации вакуума наблюдалось в 1975 году. Связанный с этим процесс рассеяния света светом, также являющийся следствием поляризации вакуума, не наблюдался до 1998 года. В обоих случаях это процесс, описываемый квантовой электродинамикой.

Discovery

С 1932 по 1937 год Макс Дельбрюк работал в Берлине помощником Лизе Мейтнер, сотрудничавшей с Отто Ханом О результатах облучения урана нейтронами. В этот период он написал несколько статей, одна из которых оказалась важным вкладом в рассеяние гамма-лучей кулоновским полем из-за поляризации вакуума, создаваемого этим полем (1933). Его вывод оказался теоретически обоснованным, но неприменимым к рассматриваемому случаю, но 20 лет спустя Ганс Бете подтвердил это явление и назвал его «рассеяние Дельбрюка».

В 1953 г. Роберт Вильсон наблюдал дельбрюковское рассеяние гамма-лучей 1,33 МэВ электрическими полями ядер свинца.

Приложение: рассеяние Дельбрюка - это когерентное упругое рассеяние фотонов в кулоновском поле тяжелых ядер. Это один из двух нелинейных эффектов квантовой электродинамики (КЭД) в кулоновском поле, исследованных экспериментально. Другой - разделение фотона на два фотона. Дельбрюкское рассеяние было введено Максом Дельбрюком для объяснения расхождений между экспериментальными и предсказанными данными в эксперименте по комптоновскому рассеянию на тяжелых атомах, проведенном Мейтнером и Кестерсом. Аргументы Дельбрюка были основаны на релятивистской квантовой механике Дирака, согласно которой вакуум КЭД заполнен электронами отрицательной энергии или, говоря современным языком, электронно-позитронными парами. Эти электроны с отрицательной энергией должны быть способны производить когерентно-упругое рассеяние фотонов, потому что импульс отдачи во время поглощения и испускания фотона передается всему атому, в то время как электроны остаются в своем состоянии с отрицательной энергией. Этот процесс является аналогом атомарного рэлеевского рассеяния с той лишь разницей, что в последнем случае электроны связаны в электронном облаке атома. Эксперимент Мейтнера и Кестерса был первым в серии экспериментов, в которых расхождение между экспериментальными и предсказанными дифференциальными сечениями упругого рассеяния на тяжелых атомах интерпретировалось в терминах рассеяния Дельбрюка. С нынешней точки зрения, эти первые результаты не заслуживают доверия. Надежные исследования стали возможны только после того, как современные методы КЭД, основанные на диаграммах Фейнмана, стали доступны для количественных предсказаний, а на экспериментальных сторонах были разработаны детекторы фотонов с высоким энергетическим разрешением и высокой эффективностью регистрации. Так было в начале 1970-х годов, когда работали также компьютеры с высокой вычислительной мощностью, которые с достаточной точностью выдавали численные результаты для амплитуд рассеяния Дельбрюка. Первое наблюдение рассеяния Дельбрюка было достигнуто в эксперименте по высокоэнергетическому малоугловому рассеянию фотонов, проведенному в DESY (Германия) в 1973 году, где важна только мнимая часть амплитуды рассеяния. Согласие было достигнуто с предсказаниями Ченг Ву, которые позже были проверены Мильштейном и Страховенко. Эти последние авторы используют квазиклассическое приближение, которое сильно отличается от приближения Ченга и Ву. Однако можно было показать, что оба приближения эквивалентны и приводят к одинаковым численным результатам. Существенным прорывом стал эксперимент 1975 г. в Геттингене (Германия), проведенный при энергии 2,754 МэВ. В Геттингенском эксперименте рассеяние Дельбрюка наблюдалось как доминирующий вклад в процесс когерентно-упругого рассеяния в дополнение к незначительным вкладам, обусловленным атомным рэлеевским рассеянием и ядерным рэлеевским рассеянием. Этот эксперимент был первым, в котором точные предсказания, основанные на диаграммах Фейнмана, были подтверждены с высокой точностью, и поэтому его следует рассматривать как первое определенное наблюдение рассеяния Дельбрюка. Для исчерпывающего описания современного состояния рассеяния Дельбрюка см. В настоящее время наиболее точные измерения высокоэнергетического рассеяния Дельбрюка проводятся в Институте ядерной физики им. Будкера (ИЯФ) в Новосибирске (Россия). Эксперимент, в котором действительно впервые было обнаружено расщепление фотона, также был проведен в ИЯФ.

Уточнение: есть ряд экспериментальных работ, опубликованных до Геттингенского эксперимента 1975 года (или даже Дези 1973 года).. Наиболее заметны Джексон и Ветцель в 1969 г. и Море и Кахане в 1973 г. В обеих этих работах использовались гамма-лучи более высокой энергии по сравнению с геттингенским, что дало более высокий вклад рассеяния Дельбрюка в общее измеренное сечение. В общем, в области ядерной физики низких энергий, т.е. < 10-20 MeV, a Delbrück experiment measures a number of competing coherent processes including also рэлеевское рассеяние на электронах, томсоновское рассеяние на точечном ядре и ядерное возбуждение через гигантский дипольный резонанс. Помимо хорошо известного томсоновского рассеяния, два других (а именно, Рэлея и ГДР) имеют значительные неопределенности. Взаимодействие этих эффектов с Дельбрюком ни в коем случае не является «второстепенным» (опять же «при классических энергиях ядерной физики»). Даже при очень больших углах рассеяния вперед, когда Дельбрюк очень силен, существует существенная интерференция с рассеянием Рэлея, причем амплитуды обоих эффектов одного порядка величины (см.).

.

Ссылки

  1. ^Burke, D. L.; Филд, R.C.; Horton-Smith, G.; Spencer, J. E.; Walz, D.; Berridge, S.C.; Bugg, W. M.; Шмаков, К.; Weidemann, A. W.; Bula, C.; Макдональд, К. Т.; Prebys, E.J.; Bamber, C.; Boege, S.J.; Коффас, Т.; Коцероглоу, Т.; Melissinos, A.C.; Meyerhofer, D. D.; Reis, D. A.; Рэгг, В. (1997). «Рождение позитронов при многофотонном рассеянии света». Письма с физическим обзором. 79 (9): 1626–1629. Bibcode : 1997PhRvL..79.1626B. doi : 10.1103 / PhysRevLett.79.1626.
  2. ^Биографические воспоминания: Том 62, стр. 66-117 «МАКС ЛЮДВИГ ХЕННИНГ ДЕЛЬБРУК, 4 сентября 1906 - 10 марта 1981» УИЛЬЯМ ХЕЙС http: // books.nap.edu/openbook.php?record_id=2201page=66
  3. ^Мейтнер, Л.; Кестерс, Х. (1933). "Über die Streuung kurzwelliger γ-Strahlen" [О рассеянии коротковолновых гамма-лучей]. Zeitschrift für Physik (на немецком языке). ООО "Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа". 84 (3–4): 137–144. DOI : 10.1007 / bf01333827. ISSN 1434-6001.(с комментарием М. Дельбрюка)
  4. ^Jarlskog, G.; Jönsson, L.; Prünster, S.; Schulz, H.D.; Willutzki, H.J.; Уинтер, Г. Г. (1 ноября 1973 г.). «Измерение рассеяния Дельбрюка и наблюдение расщепления фотонов при высоких энергиях». Physical Review D. Американское физическое общество (APS). 8 (11): 3813–3823. DOI : 10.1103 / Physrevd.8.3813. ISSN 0556-2821.
  5. ^Ченг, Хунг; У Тай Цун (31 марта 1969 г.). «Упругое рассеяние высоких энергий в квантовой электродинамике». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 22 (13): 666–669. DOI : 10.1103 / Physrevlett.22.666. ISSN 0031-9007.
  6. ^Ченг, Хунг; У Тай Цун (25 июня 1969 г.). "Процессы столкновений при высоких энергиях в квантовой электродинамике. I". Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 182 (5): 1852–1867. DOI : 10.1103 / Physrev.182.1852. ISSN 0031-899X.
  7. ^Ченг, Хунг; У Тай Цун (25 июня 1969 г.). "Процессы столкновений при высоких энергиях в квантовой электродинамике. II". Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 182 (5): 1868–1872. DOI : 10.1103 / Physrev.182.1868. ISSN 0031-899X.
  8. ^Ченг, Хунг; У Тай Цун (25 июня 1969 г.). "Процессы столкновений при высоких энергиях в квантовой электродинамике. III". Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 182 (5): 1873–1898. doi : 10.1103 / Physrev.182.1873. ISSN 0031-899X.
  9. ^Ченг, Хунг; У Тай Цун (25 июня 1969 г.). "Процессы столкновений при высоких энергиях в квантовой электродинамике. IV". Физический обзор. Американское физическое общество (APS). 182 (5): 1899–1906. doi : 10.1103 / Physrev.182.1899. ISSN 0031-899X.
  10. ^Мильштейн, А.И.; Страховенко, В. (1983). «Квазиклассический подход к рассеянию Дельбрюка высоких энергий». Письма о физике A. Elsevier BV. 95 (3–4): 135–138. DOI : 10.1016 / 0375-9601 (83) 90816-2. ISSN 0375-9601.
  11. ^Мильштейн, А.И.; Страховенко, В. (1983). «Когерентное рассеяние фотонов высоких энергий в кулоновском поле» (PDF). Советская физика в ЖЭТФ. 58 (1): 8.
  12. ^Шумахер, М.; Borchert, I.; Smend, F.; Рулльхусен, П. (1975). «Дельбрюкское рассеяние 2,75 МэВ фотонов на свинце». Письма о физике B. Elsevier BV. 59 (2): 134–136. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (75) 90685-1. ISSN 0370-2693.
  13. ^Папацакос, Пол; Морк, Челл (1 июня 1975 г.). «Расчеты рассеяния Дельбрюка». Physical Review D. Американское физическое общество (APS). 12 (1): 206–218. DOI : 10.1103 / Physrevd.12.206. ISSN 0556-2821.
  14. ^Папацакос, Пол; Морк, Кьелл (1975). «Дельбрюкское рассеяние». Отчеты по физике. Elsevier BV. 21 (2): 81–118. DOI : 10.1016 / 0370-1573 (75) 90048-4. ISSN 0370-1573.
  15. ^Falkenberg, H.; Hünger, A.; Rullhusen, P.; Шумахер, М.; Milstein, A.I.; Морк, К. (1992). «Амплитуды рассеяния Дельбрюка». Атомные данные и таблицы ядерных данных. Elsevier BV. 50 (1): 1-27. DOI : 10.1016 / 0092-640x (92) 90023-b. ISSN 0092-640X.
  16. ^Milstein, A.I.; Шумахер, М. (1994). «Современное состояние рассеяния Дельбрюка». Отчеты по физике. Elsevier BV. 243 (4): 183–214. DOI : 10.1016 / 0370-1573 (94) 00058-1. ISSN 0370-1573.
  17. ^Шумахер, Мартин (1999). «Дельбрюкское рассеяние». Радиационная физика и химия. Elsevier BV. 56 (1–2): 101–111. DOI : 10.1016 / s0969-806x (99) 00289-3. ISSN 0969-806X.
  18. ^Ахмадалиев Ш. Ж.; Кезерашвили, Г. Я.; Клименко, С.Г.; Малышев, В. М.; Масленников, А.Л.; и другие. (1 октября 1998 г.). «Дельбрюковское рассеяние при энергиях 140–450 МэВ». Physical Review C. Американское физическое общество (APS). 58 (5): 2844–2850. arXiv : hep-ex / 9806037. DOI : 10.1103 / Physrevc.58.2844. ISSN 0556-2813.
  19. ^Ахмадалиев Ш. Ж.; Кезерашвили, Г. Я.; Клименко, С.Г.; Lee, R. N.; Малышев, В. М.; и другие. (19 июля 2002 г.). «Экспериментальное исследование расщепления фотонов высоких энергий в атомных полях». Письма с физическим обзором. 89 (6): 061802. arXiv : hep-ex / 0111084. DOI : 10.1103 / Physrevlett.89.061802. ISSN 0031-9007.
  20. ^Ли, Р; Масленников, А.Л.; Milstein, A.I.; Страховенко, В.М.; Тихонов, Ю.А. (2003). «Расщепление фотона в атомных полях». Отчеты по физике. 373 (3): 213–246. arXiv : hep-ph / 0111447. DOI : 10.1016 / s0370-1573 (02) 00030-3. ISSN 0370-1573.
  21. ^Jackson, H.E.; Ветцель, К. Дж. (12 мая 1969 г.). «Дельбрюкское рассеяние γ-лучей с энергией 10,8 МэВ». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 22 (19): 1008–1010. DOI : 10.1103 / Physrevlett.22.1008. ISSN 0031-9007.
  22. ^Moreh, R.; Кахана, С. (1973). «Дельбрюковское рассеяние фотонов с энергией 7,9 МэВ». Письма о физике B. Elsevier BV. 47 (4): 351–354. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (73) 90621-7. ISSN 0370-2693.
  23. ^Kahane, S.; Shahal, O.; Море, Р. (1977). «Рэлеевское и дельбрукское рассеяние фотонов с энергией 6,8–11,4 МэВ при θ = 1,5 °». Письма о физике B. Elsevier BV. 66 (3): 229–232. DOI : 10.1016 / 0370-2693 (77) 90867-x. ISSN 0370-2693.
Последняя правка сделана 2021-05-17 12:02:36
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте