Специалисты из Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова и Университета ИТМО разработали эффективный теоретический метод для определения ключевых параметров вихревых (закрученных) пучков электронов и ионов. Предложенный подход открывает новые возможности для диагностики высокоэнергетических частиц в ускорительных экспериментах, а также для изучения магнитных свойств материалов.

Вихревые пучки, в которых частицы движутся по спирали, представляют значительный интерес для фундаментальной физики, материаловедения и квантовых технологий. Однако существующие методы их диагностики эффективны в основном для частиц с низкими энергиями и не подходят для релятивистских пучков, используемых в современных ускорительных комплексах.

Предложенное научной группой решение заключается в использовании дифракции на апертуре треугольной формы. Например, если пропустить закрученный пучок электронов через микроскопическое треугольное отверстие, то в дальней зоне детектора возникает характерный дифракционный рисунок. Анализ получаемого узора из ярких точек позволяет точно определить как величину, так и направление орбитального углового момента частиц в пучке.

Результаты комплексного моделирования подтвердили работоспособность данного метода для энергий 100 кэВ – 5 МэВ. В частности, он сможет использоваться на линейном ускорителе электронов LINAC-200 в ЛЯП ОИЯИ. В настоящее время специалисты из Объединенного института и ИТМО готовят совместный эксперимент для апробации новой методики. В будущем такой подход может стать удобным инструментом онлайн-мониторинга закрученных пучков на ускорителях, а также просвечивающей электронной и ионной микроскопии.

От ОИЯИ в исследовании приняли участие старший лаборант сектора реакторных нейтрино ЛЯП Никита Бородин и заместитель директора ЛЯП Дмитрий Наумов. Результаты работы опубликованы в статье «Дифракция через круглые и треугольные апертуры как диагностический инструмент для обнаружения закрученных волн материи» журнала Physical Review A.