Ακτίνες σωματιδίων που κάμπτονται όπως το φως

Από σελίδα του PhysicsWeb 2-Μαϊου-2001

Μια δέσμη ηλεκτρονίων που έχει αρκετή ισχύ για να εισχωρήσει αρκετά χιλιοστά σε ατσάλι, μπορεί να ανακλαστεί σε σημαντικό ποσοστό από ένα στρώμα αερίου που είναι εκατομμύρια φορές αραιότερο από τον αέρα. Ο Thomas Katsouleas  του πανεπιστημίου  Southern California στο Los Angeles και οι συνεργάτες του έκαναν μια επίδειξη του φαινομένου που είναι όμοιο με τη διάθλαση του φωτός στη διαχωριστική επιφάνεια δύο μέσων στον Γραμμικό επιταχυντή του Stanford (SLAC)  στις ΗΠΑ. Η ομάδα πιστεύει ότι η τεχνική αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των δεσμών σωματιδίων στους επιταχυντές με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα από ότι οι υπάρχουσες μέθοδοι που βασίζονται στους μαγνήτες (Περιοδικό Nature).

Όταν μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας διαδίδεται μέσα σε πλάσμα, το φορτίο στην αιχμή της δέσμης εκδιώκει ηλεκτρόνια από τα ιόντα του πλάσματος, αφήνοντας τα ιόντα με μεγαλύτερο θετικό φορτίο. Αν τα ιόντα του πλάσματος έχουν ικανή μάζα, δεν μετακινούνται, και η αιχμή της ηλεκτρονικής δέσμης είναι σαν να τρυπάει μια σήραγγα θετικού ηλεκτρικού φορτίου κατά το πέρασμά της μέσα από το πλάσμα. Η συμμετρική αυτή διάταξη των θετικών φορτίων εστιάζει την υπόλοιπη δέσμη μέσα στη σήραγγα κατά μήκος του άξονά της καθώς η δέσμη περνάει μέσα της.

Τώρα φαντασθείτε ότι το πλάσμα έχει μια διαχωριστική επιφάνεια με ένα αέριο μικρότερης πυκνότητας. Αν η ηλεκτρονική δέσμη πλησιάζει αυτή τη διαχωριστική επιφάνεια υπό γωνία, το τέλος του φορτισμένου καναλιού στο διαχωριστικό όριο θα καμφθεί. Οι φυσικοί των στοιχειωδών σωματιδίων είχαν προβλέψει ότι αυτό θα έχει ως συνέπεια την απόκλιση της ηλεκτρονικής δέσμης.

Ο Κατσουλέας και οι συνεργάτες του βρήκαν ότι πράγματι η δέσμη εκτρέπεται προς την διαχωριστική επιφάνεια κατά ένα εικοστό της μοίρας- κατά τον ίδιο τρόπο που εκτρέπεται και το φως όταν εισέρχεται σε ένα λιγότερο πυκνό μέσο. Η ομάδα βρήκε επίσης ότι η σωματιδιακή δέσμη μπορεί ακόμη και να ανακλαστεί ολικά στο εσωτερικό του πλάσματος αν η  πρόσπτωση προς τη διαχωριστική επιφάνεια γίνει με πολύ μικρή γωνία ως προς αυτήν.

Σε αντίθεση με τη διάθλαση του φωτός σε μια διαχωριστική επιφάνεια, η ηλεκτρονική δέσμη για μικρό χρονικό διάστημα χωρίζεται στα δύο διότι η διαχωριστική επιφάνεια  πλάσματος- αερίου διαχωρίζεται για να αντιδράσει στην αιχμή της ηλεκτρονικής δέσμης. Αυτό σημαίνει ότι ο πρώτος παλμός των ηλεκτρονίων δεν εκτρέπεται ενώ η υπόλοιπη ουρά της δέσμης εκτρέπεται κανονικά.