Гиромагнитная частота. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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 (квантовые уровни), k=0, 1, 2, ... (квантуется только энергия E_kдвижения 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 квантовых уровнях (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 квантовыми уровнями (см. также Циклотронное излучение).

Литература по гиромагнитным частотам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.