Разработка российских физиков улучшит работу ускорителей частиц

Российские исследователи разработали методику, которая позволяет определять степень и направление «закрученности» электронных и ионных пучков. Подход упростит изучение свойств частиц высоких энергий в современных ускорителях, а также поможет улучшить работу электронных и ионных микроскопов.

Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review A (прим. – Пресс-служба РНФ). 

«Новизна нашей работы в том, что мы первые предложили метод обнаружения «закрутки» электронов и ионов, который работает при высоких энергиях. Раньше аналогичные подходы активно изучались для света — фотонов, или для электронов, но с низкой энергией. А в том диапазоне, где работают современные ускорители, не было простого способа определить параметры таких частиц», — пояснил инженер ИТМО Максим Максимов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают ученые, так называемые «закрученные» волны материи сейчас активно изучаются сразу в нескольких разделах физики. Так ученые называют пучки частиц, обладающие особым спиралевидным профилем, который делает их интересным для многих применений в области квантовых вычислений, литографии и при разработке микроскопов. До настоящего времени у физиков не было простого и надежного способа определить то, в какую сторону «закручен» подобный пучок, разогнанный до высоких энергий.

Исследователи из Университета ИТМО и Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) обнаружили, что этот параметр можно очень точным образом определить, если пропустить «закрученные» волны материи через микроскопическое отверстие треугольной формы. При взаимодействиях с этим отверстием данные частицы ведут себя как волны, что приводит к дифракции — формированию четкого узора из ярких точек, напоминающего по форме треугольник из микроскопических пятнышек.

Проведенные исследователями расчеты показали, что особенности в структуре этого узора и в относительном положении точек позволяют определить и степень, и направление «закрученности» пучка частиц, проходящего через треугольное отверстие. По словам исследователей, им уже удалось адаптировать этот подход под параметры работы одной из экспериментальных установок, установленных на территории ОИЯИ в Дубне.

Ученые ИТМО и ОИЯИ совместно готовят эксперимент по генерации закрученных пучков, где новая методика будет использоваться для их первичной диагностики. В перспективе метод может стать важным инструментом онлайн-мониторинга пучков на ускорительных комплексах, а также просвечивающей электронной и ионной микроскопии для исследования магнитных свойств материалов, подытожили физики.

Источник: Пресс-служба  РНФ