Магнитотормозной механизм рождения гамма-квантами электрон-позитронных пар в кристаллах и его количественное описание

Авторы

  • Виктор Васильевич Тихомиров Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

Ключевые слова:

гамма-квант, кристалл, электрон, позитрон, частицы высоких энергий, рождение пар, процесс магнитотормозного рождения пар, моделирование, экспериментальное исследование
Поддерживающие организации
Автор выражает признательность профессору В. Г. Барышевскому за предложение данного направления в качестве темы диссертационного исследования и плодотворное общение на протяжении 45 лет.

Аннотация

Описывается метод моделирования процесса рождения гамма-квантами электрон-позитронных пар в кристаллах и его применение к интерпретации результатов экспериментов, проведенных в Европейском центре ядерных исследований. Излагается история предсказания в 1982 г. эффекта магнитотормозного рождения пар в кристаллах, а также пороговой энергии и характерного угла проявления этого процесса V0/m, где V0 – амплитуда изменения усредненного потенциала атомной цепочки или плоскости, а m – масса электрона. Обсуждается соотношение механизмов магнитотормозного и когерентного тормозного рождения пар в кристаллах, позволяющее описать картину данного процесса вплоть до энергий гамма-квантов, достигающих десятков тераэлектронвольт. Подробно излагаются детали метода расчета вероятности рождения пар в кристаллах, обеспечивающего учет интерференции амплитуд этого процесса в полях различных атомных цепочек и плоскостей, а также учет неоднородности усредненного поля последних. Впервые на единой основе дается интерпретация известных экспериментов по наблюдению когерентного усиления процесса рождения пар в кристаллах германия и вольфрама. Детально обсуждается использование кристаллических поглотителей жесткого гамма-излучения в экспериментах по поиску отклонений от Стандартной модели фундаментальных взаимодействий в редких распадах нейтральных K-мезонов. Приводится пример расчета зависимости вероятности процесса рождения пар в кристалле вольфрама от азимутального угла, определяющего направление плоскости падения гамма-квантов на кристаллическую ось.

Биография автора

  • Виктор Васильевич Тихомиров, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

    доктор физико-математических наук, профессор; главный научный сотрудник отраслевой лаборатории радиационной безопасности

Библиографические ссылки

  1. Никишов АИ, Ритус ВИ. Квантовая электродинамика явлений в интенсивном поле. Гинзбург ВЛ, редактор. Москва: Наука; 1979. 278 с. (Труды ордена Ленина Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР; том 111).
  2. Jackson JD. Classical electrodynamics. 3rd edition. New York: Wiley; 1999. XXII, 808 p.
  3. Барышевский ВГ. Каналирование, излучение и реакции в кристаллах при высоких энергиях. Минск: Издательство БГУ имени В. И. Ленина; 1982. 256 с.
  4. Барышевский ВГ, Тихомиров ВВ. Двулучепреломление гамма-квантов больших энергий в кристаллах. Ядерная физика. 1982;36(3):697–706.
  5. Baryshevskii VG, Tikhomirov VV. Pair production in a slowly varying electromagnetic field and the pair production process. Physics Letters A. 1985;113(6):335–340. DOI: 10.1016/0375-9601(85)90178-1.
  6. Барышевский ВГ, Тихомиров ВВ. Радиационные процессы магнитотормозного типа в кристаллах и сопровождающие их поляризационные явления. Успехи физических наук. 1989;159(3):529–565. EDN: DCMVRA.
  7. Ter-Mikaelian ML. High-energy electromagnetic processes in condensed media. New York: John Wiley & Sons; 1972. IX, 457 p. (Marshak RE, editor. Interscience tracts on physics and astronomy; number 29).
  8. Diambrini-Palazzi G. High-energy bremsstrahlung and electron pair production in thin crystals. Reviews of Modern Physics. 1968;40(3):611–631. DOI: 10.1103/RevModPhys.40.611.
  9. Belkacem A, Bologna G, Chevallier M, Cue N, Gaillard MJ, Genre R, et al. Study of e+ – e− pair creation by 20–150 GeV photons incident on a germanium crystal in alignment conditions. Physical Review Letters. 1987;58(12):1196–1199. DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.1196.
  10. Bak JF, Barberis D, Brodbeck TJ, Doyle AT, Ellison RJ, Elsener K, et al. e+ – e− pair creation by 40–150 GeV photons incident near the <110> axis in a germanium crystal. Physics Letters B. 1988;202(4):615–619. DOI: 10.1016/0370-2693(88)91874-6.
  11. Moore R, Parker MA, Baurichter A, Kirsebom K, Medenwaldt R, Mikkelsen U, et al. Measurement of pair production by high energy photons in an aligned tungsten crystal. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1996;119(1–2):149–155. DOI: 10.1016/0168-583X(96)00347-3.
  12. Kirsebom K, Kononets YuV, Mikkelsen U, Møller SP, Uggerhøj E, Worm T, et al. Pair production by 5–150 GeV photons in the strong crystalline fields of germanium, tungsten and iridium. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 1998;135(1–4):143–148. DOI: 10.1016/S0168-583X(97)00589-2.
  13. Moulson M. KLEVER: an experiment to measure BR KL¬ 0 at the CERN SPS. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1526:012028. DOI: 10.1088/1742-6596/1526/1/012028.
  14. Guidi V, Bandiera L, Tikhomirov V. Radiation generated by single and multiple volume reflection of ultrarelativistic electrons and positrons in bent crystals. Physical Review A. 2012;86(4):042903. DOI: 10.1103/PhysRevA.86.042903.
  15. Bandiera L, Bagli E, Guidi V, Mazzolari A, Berra A, Lietti D, et al. Broad and intense radiation accompanying multiple volume reflection of ultrarelativistic electrons in a bent crystal. Physical Review Letters. 2013;111(25):255502. DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.255502.
  16. Bandiera L, Tikhomirov VV, Romagnoni M, Argiolas N, Bagli E, Ballerini G, et al. Strong reduction of the effective radiation length in an axially oriented scintillator crystal. Physical Review Letters. 2018;121(2):021603. DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.021603.
  17. Байер ВН, Катков ВМ, Страховенко ВМ. Электромагнитные процессы при высокой энергии в ориентированных монокристаллах. Скринский АН, редактор. Новосибирск: Наука; 1989. 400 с.
  18. Линдхард Й. Влияние кристаллической решетки на движение быстрых заряженных частиц. Успехи физических наук. 1969;99(2):249–296. DOI: 10.3367/UFNr.0099.196910c.0249.
  19. Navas S, Amsler C, Gutsche T, Hanhart C, Hernández-Rey JJ, Lourenço C, et al. (Particle Data Group). Review of particle physics. Physical Review D. 2024;110(3):030001. DOI: 10.1103/PhysRevD.110.030001.

Загрузки

Опубликован

2026-01-14

Выпуск

№ 3 (2025): Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Раздел

Физика ядра и элементарных частиц

Лицензия

Copyright (c) 2026 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).

Как цитировать

(1)
Тихомиров, В. В. Магнитотормозной механизм рождения гамма-квантами электрон-позитронных пар в кристаллах и его количественное описание. Журнал Белорусского государственного университета. Физика 2026, вып. 3, 48-61. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2025-3-%p.
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC