Orientaciya spinov (v kosmicheskoi srede)
Atomy, molekuly, iony, elektrony i fotony obladayut opredelennym spinom, t.e. vnutrennim (vrashatel'nym) momentom kolichestva dvizheniya. Obychno sostoyanie chastic v razlichnyh kosmich. ob'ektah, napr. v atmosferah zvezd ili v tumannostyah, harakterizuyut ih koncentraciei, raspredeleniem po skorostyam, stepen'yu ionizacii, vozbuzhdeniya i ne rassmatrivayut, kak pravilo, ih spinovoe sostoyanie. Predpolagaetsya, chto spiny raspredeleny haoticheski i ni na chto ne vliyayut. Odnako eto predpolozhenie ne vsegda opravdano. V ryade sluchaev O. s. sushestvenno vliyaet na fiz. svoistva kosmich. ob'ektov, v chastnosti kosmich. sredy.
![]() |
Ris. 1. Vozmozhnye znacheniya proekcii M spina chasticy v magnitnom pole (kvantovanie proekcii spina). Os' kvantovaniya - napravlenie magnitnogo polya. |
![$\hbar$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula0.gif)
![$\uparrow$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula1.gif)
![$\downarrow$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula2.gif)
V razrezhennoi srede, nahodyasheisya v teplovom (termodinamicheskom) ravnovesii, pri otsutstvii
vnesh. polei vse napravleniya ravnopravny (sreda izotropna). Spiny chastic v takoi
srede raspolozheny haoticheski, tak chto v srednem orientaciya u nih otsutstvuet. Odnako
O. s. vozmozhna, esli chastica obladaet magn. momentom i imeetsya dostatochno
sil'noe vneshnee magn. pole H, takoe, chto energiya vzaimodeistviya ego
s momentom
chasticy bol'she ili sravnima s energiei teplovogo dvizheniya
chasticy.
Spiny chastic v etom sluchae mogut byt' orientirovany po polyu H (ili
protiv polya). Takaya orientaciya naz. staticheskoi. V deistvitel'nosti energetich. uslovie,
neobhodimoe
dlya statich. O. s., v izvestnyh kosmich. ob'ektah ne vypolnyaetsya. Napr., v mezhzvezdnoi srede pri N ~ 10-6
E i T ~ 100 K energiya magn. vzaimodeistviya
erg, a energiya teplovogo dvizheniya kT ~ 10-14 erg.
Dazhe v
magnitnyh zvezdah pri N ~ 103
E i T ~ 104 K energiya
erg, a kT ~ 10-12 erg. Poetomu statich.
O. s. chastic, svyazannaya s nalichiem sil'nyh vnesh. polei, v kosmich. usloviyah ne imeet
mesta.
Pri otsutstvii teplovogo ravnovesiya vozmozhen principial'no inoi tip orientacii, t.e. dinamicheskaya orientaciya, pri k-roi spiny chastic sredy orientiruyutsya v rezul'tate ih vzaimodeistviya s prohodyashim cherez sredu napravlennym potokom izlucheniya ili potokom bystryh chastic. Tak, optich. izluchenie i radioizluchenie zvezd i tumannostei, a takzhe napravlennye korpuskulyarnye potoki, prohodya cherez mezhzvezdnuyu sredu, i vzaimodeistvuya s nei, ne tol'ko menyayut raspredelenie chastic po impul'sam, no i orientiruyut spiny ztih chastic.
Dinamich. orientaciya spinov nerazryvno svyazana s takimi yavleniyami, kak davlenie izlucheniya i solnechnyi veter, t.k. pri stolknovenii s fotonom ili chasticei solnechnogo vetra atomu (ili dr. chastice) odnovremenno peredayutsya i impul's, i moment impul'sa. Vtoroi process dazhe bolee effektiven v tom smysle, chto naletayushii potok snachala orientiruet chasticy sredy, a uzh zatem uvlekaet ih v napravlenii svoego rasprostraneniya.
Analiz fiz. uslovii v razlichnyh kosmich. ob'ektah pokazyvaet, chto pri dinamich. orientacii spiny okazyvayutsya vystroennymi, a ne polyarizovannymi, i osn. mehanizmom takogo vystraivaniya yavl. rezonansnoe rasseyanie napravlennogo nepolyarizovannogo izlucheniya (izlucheniya v spektral'nyh liniyah). Pri rezonansnom rasseyanii atomy i molekuly ochen' effektivno vzaimodeistvuyut s fotonami, veliko t.n. effektivnoe sechenie rasseyaniya.
Mehanizm optich. rezonansnoi orientacii naglyadno raskryvaetsya na primere dvuhurovnevogo atoma so spinom J = 1 v osn. sostoyanii i so spinom J' = O v vozbuzhdennom sostoyanii (ris. 2).
![]() |
Ris. 2. Shema, illyustriruyushaya mehanizm opticheskoi orientacii spinov. Zdes' J = 1 i J' = 0 - spin chasticy sootvetstvenno v osnovnom i vozbuzhdennom sostoyanii, M - proekciya spina na napravlenie puchka padayushih fotonov. |
![$\gamma$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula6.gif)
![$m_\gamma$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula7.gif)
![$m_\gamma$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula7.gif)
![$s= 1 \hbar$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula8.gif)
![$m_\gamma$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula7.gif)
![$m_\gamma=\pm$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula9.gif)
![$M'=M+m_\gamma=0$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula10.gif)
![$M=\pm$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula11.gif)
![$m_\gamma=\pm$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula9.gif)
![$m_\gamma$](https://images.astronet.ru/pubd/2003/04/21/0001189233/tex/formula7.gif)
Optich. sv-va (prelomlenie i pogloshenie) sredy, soderzhashei chasticy s vystroennymi
spinami, sushestvenno zavisyat ot polyarizacii pronizyvayushego sredu puchka sveta ili
chastic i
napravleniya nablyudeniya. Pervonachal'no nepolyarizovannoe izluchenie, prohodya cherez "vystroennuyu"
sredu, lineino polyarizuetsya vsledstvie togo, chto prozrachnost' sredy dlya izlucheniya,
polyarizovannogo parallel'no i perpendikulyarno magn. polyu, neodinakova. Eto yavlenie
neobhodimo prinimat' vo vnimanie pri analize spektrov razlichnyh kosmich. ob'ektov.
Tak, vystraivanie
privedet k polyarizacii prohodyashego sveta i k anomal'nomu otnosheniyu intensivnostei
poglosheniya v mul'tiplete (t.e. v sovokupnosti spektral'nyh linii, obrazuyushihsya pri
perehodah
mezhdu dvumya energetich. urovnyami, rassheplennymi na podurovni). Etot effekt mozhet nablyudat'sya
dlya linii poglosheniya, obrazuyushihsya v razrezhennyh obolochkah zvezd, gde imeetsya intensivnyi
napravlennyi potok izlucheniya. Uchet vystraivaniya spinov mozhet dat' kachestvenno novuyu
informaciyu otnositel'no anizotropii fiz. uslovii v issleduemyh ob'ektah, a imenno:
o napravlenii
magn. nolya i uglovom raspredelenii potoka izlucheniya. Napr., po izmerennomu otnosheniyu
intensivnostei linii dubleta natriya i
v spektre komet i stepeni polyarizacii linii D2
mozhno opredelit' napravlenie magn. polya v golove komety.
(D.A. Varshalovich)
D. A. Varshalovich, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru
Publikacii s klyuchevymi slovami:
spin - orientaciya spinov
Publikacii so slovami: spin - orientaciya spinov |
![]() |
Sm. takzhe:
|