Учёные Университета ИТМО впервые предложили математическую модель, описывающую поведение закрученных электронов при высоких энергиях. Такие частицы создают своего рода «квантовый водоворот» и могут быть полезны для сверхточных микроскопов и изучения ядерных сил. Ранее считалось, что разогнать их до скоростей, близких к световым, не удастся без потери уникальных свойств.
Исследователи проанализировали два основных механизма, которые могли бы разрушить закрученность. Первый — потеря энергии на излучение фотонов. Оказалось, что вместе с энергией «закрученность» практически не уходит. Второй — взаимодействие магнитного момента частицы с полями ускорителя. Здесь расчёты показали, что сбои у закрученных электронов начинаются при энергиях в 147 раз меньших, чем у обычных.
Чтобы избежать этого, авторы предлагают использовать линейные ускорители вместо кольцевых либо специальные устройства — «сибирские змейки», разработанные в Институте ядерной физики СО РАН. Они периодически корректируют магнитный момент частицы, сохраняя её закрученность. Как отметил руководитель проекта Дмитрий Карловец, теперь предстоит проверить выводы модели в реальных экспериментах на ускорителях. В случае успеха технология откроет путь к изучению квантовой когерентности и запутанности, а также к созданию микроскопов нового поколения.
«До сих пор не было надёжной и общепринятой квантовой модели, описывающей движение закрученной частицы при высоких энергиях. Наши расчёты позволили детально проанализировать различные механизмы потери закрученности и предложить методы её сохранения при значительном увеличении энергии частицы. В дальнейшем нам предстоит проверить правильность сделанных выводов в экспериментах на ускорителях», — отметил руководитель проекта, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Дмитрий Карловец.