гиромагнитная частота

ГИРОМАГНИТНАЯ ЧАСТОТА (циклотронная частота) - частота вращения свободной заряж. частицы (электрона, позитрона, иона, ...) в пост. однородном магн. поле В. Заряж. частица в магн. поле движется по винтовой линии, равномерно смещаясь со скоростью вдоль магн. поля и вращаясь по окружности радиуса В со скоростью в плоскости, ортогон. магн. полю. Здесь - масса движущейся частицы, q и т₀ - заряд и масса покоя частицы, v - её мгновенная скорость, с - скорость света в вакууме. Указанное вращение происходит под действием Лоренца силы . Частота вращения, т.е. Г. ч., равна. Величина, являющаяся предельным нерелятивистским значением Г. ч., не зависит от скорости и определяется массой покоя частиц-ы, её зарядом и магн. полем. В зависимости от величины магн. поля Г. ч. , напр. электрона, меняется в широких пределах: от неск. Гц в межзвёздной среде (В~10^-6 Гс) и 1 МГц в земном магн. поле до 10⁴ МГц в поле солнечного пятна и 10¹³ МГц в магнитосфере нейтронной звезды (В~5*10¹² Гс).

При релятивистском движении Г. ч. определяется полной массой частицы т и, следовательно, зависит от скорости (см. Относительности теория ).Это обстоятельство наряду с релятивистским Доплера эффектом обусловливает смещение спектра излучения релятивистских частиц в магн. поле (см. Синхротронное излучение)и принципиальную возможность группировки излучающих частиц (электронов) в мазерах на цикла, тронном резонансе. Излучение эл--магн. волн частицей, движущейся в магн. поле, происходит на Г. ч. и кратных ей частотах. В результате излучения энергия и скорость частицы уменьшаются (реакция излучения ),а реальная траектория представляет собой скручивающуюся спираль (винтовую линию с перем. радиусом и шагом). При распространении в ионизов. газе (плазме) или проводящем твёрдом теле эл--магн. волн с частотой, близкой к Г. ч. и кратным ей частотам, наблюдается циклотронный резонанс.

Последоват. квантово-электродинамич. описание взаимодействия эл--магн. поля с заряж. частицей, вращающейся в однородном магн. поле, показывает, что последнюю следует рассматривать как квантовую систему с дискретным энергетич. спектром E_k (Ландау уровни), k=0, 1, 2, ... (квантуется только энергия E_k движения поперёк магн. поля). Для частицы со спином ¹/₂ имеем . Дискретными величинами являются также масса т_k, (или полная энергия т_kс²)и соответствующая классич. Г. ч.. Спектр значений полной энергии не является эквидистантным. Этот эффект зависит от величины , и особенно существен для релятивистских электронов в сильных магн. полях, сравнимых с критич. значением Гс (напр., в магнитосферах нейтронных звёзд). На низких уровнях Ландау (при малых номерах k)понятия траектории частицы и классич. Г. ч. теряют смысл (см. Квазиклассическое приближение квантовой механики). Поэтому Г. ч. часто наз. квантовую циклотронную частоту , т. е. частоту кванта излучения (поглощения) при переходе между двумя соседними уровнями Ландау (см. также Циклотронное излучение).

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. M., Теория поля, в изд., M., 1973; их же, Квантовая механика, 3 изд., M., 1974; Берестецкий В. Б., Лифшиц E. M., Питаевский Л. П., Квантовая электродинамика, 2 изд., M., 1980. В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский.

   <<      Предметный указатель      >>