Лазерный мир

Закрученные частицы применяют в квантовой оптике и информатике, оптомеханике, биологии, астрофизике и других сферах. Например, с их помощью удается увеличить информационную емкость в квантовой коммуникации. Но в ядерной физике и физике частиц их использовать пока невозможно. Все дело в том, что пока такие состояния частиц можно получать в основном с помощью дифракционных решеток, и последние не подходят для очень высоких энергий частиц на современных коллайдерах. Чтобы решить эту проблему, ученые ИТМО предложили создавать закрученные частицы с помощью так называемых обобщенных измерений без использования специального оборудования. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), в журнале The European Physical Journal C (Particles and Fields).

Ученые размышляли над тем, как генерируются закрученные фотоны в спиральных ондуляторах — специальных магнитных системах, используемых в ускорителях и синхротронах, в том числе на лазерах на свободных электронах (European XFEL). То, что фотоны являются там закрученными, было показано экспериментально, но хорошей квантовой теории для объяснения этого явления не было. Вместе с теоретиками XFEL авторы работы начали проводить вычисления и обнаружили, что такая схема не только предполагает использование обобщенных измерений, но и может быть реализована на других ускорителях, в том числе адронных.

Как показали расчеты, закручивать фотоны, мюоны, протоны и другие частицы можно с помощью привычных электродинамических процессов: рассеяния, излучения или аннигиляции с использованием обобщенного измерения.

Схема эксперимента с излучением Черенкова. Из-за точного измерения импульса электрона орбитальный угловой момент стирается. В опытах, где азимутальный угол импульса электрона не измерен точно (например, из-за сверхмалого угла отклонения), рожденные фотоны могут приобретать закрученность. Автор: Дмитрий Карловец

Где можно применить результат исследования

Разработка ученых может быть реализована на современных коллайдерах и лазерах на свободных электронах для генерации закрученных частиц высокой энергии — это необходимо для экспериментов по физике частиц и ядерной физике. Например, ее можно применить на ондуляторной линии SASE3 европейского XFEL, на мощных лазерных установках Extreme Light Infrastructure, на синхротронах со спиральными ондуляторами, на существующих и будущих лептонных и адронных коллайдерах.

Источник: https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/12910/