Спектр спинового излучения электронов при пролете вблизи ионов

Можно определить спектр и интенсивность излучения, возникающего при прохождении электронов через вещество и перевороте их спина. Переворот спина происходит в магнитном поле, испытываемого частицей в результате  движения электронов поперек электрического поля ионов.

Тормозное изучение электронов на ионах

Существует проблема тормозного излучения, которое возникает при пролете электронов вблизи тяжелых заряженных частиц. Эта проблема заключается в следующем. При движении электрона в поле заряда происходит излучение с частотами, соответствующими мгновенным частотам вращения электрона при его движении вдоль траектории. Спектр тормозного излучения является непрерывным и этот спектр излучения (кроие очень больших частот) хорошо описывается в классическом приближении [В. Коган, A. Кукушкин ].

Однако причиной этого излучения не может являться простое классическое (из-за ускорения электрона) излучение электромагнитных волн. Эксперимент показывает, что большинство электронов при столкновении с ионами вообще не теряют энергии. Лишь небольшое количество электронов теряют энергию, причем эти электроны теряют энергию сразу большими порциями. Эти порции энергии связаны с частотой их излучения соотношением (1.3). В результате спектр тормозного излучения является классическим (т.е. описывается ускорением электронов вдоль траектории), а сам механизм излучения квантован, т.е. электроны теряют энергию на излучение только соответствующими порциями.

Данная проблема имеет красивую интерпретация на основе модели излучения, которое происходит из-за переворота спина в магнитном поле. Пусть электрон пролетает в электрическом поле тяжелой заряженной частицы. Тогда в его системе координат на электрон действует внешнее магнитное поле, равное H=E*V/c, где Е – электрическое поле тяжелой заряженной частицы. В этом магнитном поле электрон может иметь направление спина вдоль поля или против него. Если направление магнитного поля является невыгодным для электрона, то он в этом поле может поменять направление своего спина на противоположное. В этом случае потенциальная энергия электрона скачком уменьшается на величину (1.2), а избыточная энергия выделяется в виде электромагнитного излучения. Излучение происходит с частотой (1.1). Так как частота (1.1) совпадает с угловой скоростью электрона в этом магнитном поле, то частота спинового излучения совпадает с частотой классического дипольного излучения электрона. В результате спектр излучения из-за переворота спина при столкновениях с ионами совпадает с классическим спектром. В отличие от классического излучения это излучение происходит не из-за движения заряженной частицы по криволинейной траектории, а из-за переворота ее спина в магнитном поле; излучение генерируется квантами (порциями) а не непрерывном образом.