Поляризация частиц

Поляриза'ция части'ц , характеристика состояния частиц, связанная с наличием у них собственного момента количества движения — спина . Понятие П. ч. близко к понятию поляризации света . Последнее означает, в частности, что плоские световые волны с определёнными частотой, направлением распространения и интенсивностью могут отличаться расположением векторов напряжённостей электрического и магнитного полей в пространстве, т. е. поляризацией. Это свойство сохраняется и при квантовом описании света: фотон может обладать поляризацией.

  Частица с ненулевой массой покоя (электрон, ядро и др.) и спином J (в единицах постоянной Планка

) имеет 2J + 1 квантовых состояний, отвечающих различным ориентациям спина (различным значениям проекции спина на некоторое направление). Состояние частицы представляет собой суперпозицию этих состояний. Если коэффициент суперпозиции полностью определены («чистое» квантовое состояние), то говорят, что частица полностью поляризована. Если коэффициент суперпозиции определены не полностью, а заданы только некоторыми статистическими характеристиками («смешанное» состояние), то говорят о частичной поляризации. В частности, частица может быть полностью неполяризованной; это означает, что её свойства одинаковы по всем направлениям, как у бесспиновой частицы (с J = 0). В общем случае П. ч. определяет степень симметрии (или асимметрии) частиц в пространстве. Частицу называют поляризованной (в узком смысле слова), если характеристика её симметрии включает винтовую ось (как у вращающегося твёрдого тела или у циркулярно поляризованного света). Если такой оси нет, но нет и сферической симметрии, то П. ч. называют выстроенностью (пример — линейно поляризованный свет). П. ч. определяется в общем случае числом параметров, равным (2J + 1)²— 1.

  Частица с нулевой массой, например фотон, обладает только двумя состояниями, определяемыми её спином, а её поляризация определяется в общем случае тремя параметрами. Нейтрино с нулевой массой обладают особым свойством — они всегда полностью поляризованы в форме правой или левой циркулярной поляризации (см. Нейтрино ).

  В. Б. Берестецкий.

Поляризация электрохимическая

Поляриза'ция электрохими'ческая , отклонение электродного потенциала Е от стационарного потенциала Е_ст, который электрод приобретает в отсутствие внешнего тока. П. э. измеряется в вольтах (милливольтах). Если отклонение отрицательно (вызвано подводом электронов, которые должны расходоваться в реакциях, идущих в катодном направлении), то П. э. называют катодной; при противоположном направлении тока — анодной. Графики функциональной связи между П. э. и плотностью тока i называют соответственно катодными и анодными поляризационными кривыми и широко используют при описании и исследовании электрохимических и коррозионных процессов.

  В общем случае связь между i и П. э. криволинейна, однако в интервале отклонений ± 10—15 мв от Е_ст она, как правило, прямолинейна. Угловой коэффициент этого участка (т. е. отношение приращения П. э. к приращению i ) имеет размерность сопротивления единицы поверхности (ом ×см² ) и называется поляризационным сопротивлением электрода R_п. Электроды с большим R_п называются сильнополяризуемыми, т.к. уже при очень малых i их потенциалы сильно отклоняются от Е_ст. Электроды с малым R_п — слабополяризуемые. Существует обратная пропорциональность между R_п и интенсивностью того обмена электрическими зарядами, который происходит между электродом и электролитом при Е_ст. На коррелирующем электроде эта интенсивность обычно совпадает с плотностью коррозионного тока, и потому измерение R_п иногда используют для определения скорости электрохимической коррозии . Если на электроде возможна лишь одна электродная реакция, то Е_ст совпадает с равновесным потенциалом Е_р этой реакции, П. э. — с её перенапряжением , a R_п оказывается обратно пропорциональным равновесному току обмена.

  Термином «концентрационная поляризация» обозначают те изменения Е, которые связаны с замедленным переносом исходных или конечных компонентов протекающей на электроде реакции. В зоне реакции концентрация первых (с_исх ) понижается, а вторых (с_кон ) — увеличивается. Это повышает тенденцию реакции протекать в обратном направлении, что и должно компенсироваться приложением дополнительной разности потенциалов. Последняя особенно резко растет, когда скорость реакции достигает предельно возможной скорости диффузионных потоков, так что либо с_исх снижается практически до 0, либо конечные продукты кристаллизуются, закрывая электродную поверхность. Эту предельную диффузионную плотность тока можно повысить, улучшив массоперенос, например, путём перемешивания. Вместо термина «концентрационная поляризация» также пользуются термином «концентрационное перенапряжение», т.к. обозначаемое им отклонение Е должно фактически отсчитываться не от Е_ст, а от Ер соответствующей индивидуальной реакции.

  Явления П. э. могут быть и вредны, и полезны. Например, при электролизе они повышают расход электроэнергии, а при работе гальванического элемента понижают отдачу электроэнергии; зато при коррозии могут вести к торможению нежелательных процессов. См. также ст. Пассивирование .

  Лит.: Кинетика электродных процессов, М., 1952 (авт. колл. под рук. А. Н. Фрумкина); Скорчеллетти В. В., Теоретическая электрохимия, Л., 1959; Феттер К., Электрохимическая кинетика, пер. с нем., М., 1967; Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 2 изд., М., 1969.

  В. М. Новаковский.

Поляризованные нейтроны

Поляризо'ванные нейтро'ны , совокупность нейтронов, спины которых имеют преимущественную ориентацию по отношению к какому-либо выделенному направлению в пространстве, обычно направлению магнитного поля. Т. к. нейтрон обладает спином ¹ /₂ , то в магнитном поле Н возможны 2 ориентации его спина: параллельно или антипараллельно Н. Нейтронный пучок поляризован, если он содержит разное количество N нейтронов со спинами, ориентированными вдоль (N₊ ) и против поля (N_- ). Степень поляризации характеризуют величиной

P = (N₊ — N_- )/ (N₊ + N_- ).

  Впервые П. н. были получены при пропускании пучка нейтронов через намагниченную до насыщения железную пластину (метод предложен Ф. Блохом в 1936 и исследован Д. Юзом с сотрудниками в 1947, США). Нейтроны, спины которых параллельны направлению намагниченности ферромагнетика, сильнее рассеиваются и выбывают из пучка. В результате пучок нейтронов, прошедший через пластину, обогащается нейтронами со спинами, антипараллельными намагниченности. Метод требует сильных намагничивающих полей. В полях H ~10000 э наибольшая степень поляризации P = 0,6.

  Более эффективен дифракционный метод (разработан К. Шаллом, Е. Воланом и В. Колером, США, 1951), основанный на дифракции нейтронов от определённых плоскостей намагниченных ферромагнитных монокристаллов (см. Дифракция частиц ), например сплава Со — Fe. Меняя величину намагниченности и семейства отражающих плоскостей кристалла, можно изменять амплитуду когерентного магнитного рассеяния от 0 до некоторой максимальной величины. Это означает, что для ферромагнитного монокристалла можно подобрать такое брэгговское отражение и величину намагниченности, чтобы ядерная b и магнитная f_m амплитуды оказались равными. Тогда для нейтронов со спином, антипараллельным направлению намагниченности, суммарная амплитуда рассеяния равна 0, т. е. под углом Брэгга отразится пучок нейтронов со спинами, параллельными намагниченности. Дифракционный метод позволяет получить монохроматический пучок П. н. тепловых и резонансных энергий (см. Медленные нейтроны ) со степенью поляризации до 0,99.