Aufbau einer gepulsten Quelle polarisierter Elektronen - Institut für ...

Kapitel 2
Photoemission aus Galliumarsenid
„Einen polarisierten Elektronenstrahl ? Da nehmen Sie einfach einen Stern-
Gerlach Magneten, schießen einen unpolarisierten Strahl ein und blenden am
Ausgang einen der Teilstrahlen aus.“
Leider funktioniert diese auf den ersten Blick so simple Methode, einen polarisierten
Elektronenstrahl herzustellen, nicht. Aufgrund der Lorentzkraft, die
an der Ladung des Elektrons angreift, wird im inhomogenen Magnetfeld eine
Strahlunschärfe erzeugt, die groß gegen die durch den Elektronenspin verursachte
Aufspaltung ist. Eine Trennung der polarisierten Teilstrahlen ist nicht möglich
[18, 19].
Bis heute gibt es tatsächlich noch keinen Spinfilter, der aus einem unpolarisierten
Elektronenstrahl einen polarisierten Elektronenstrahl mit einer Verlustrate von nur
50 % erzeugt.
Einzig Elektronenspeicherringe lassen sich in gewisser Weise als Spinfilter mit
geringer Verlustrate auffassen. Hier kommt es durch eine kleine Asymmetrie bei
der Abstrahlung von Synchrotronlicht durch den gespeicherten Elektronenstrahl
zu einer Bevorzugung der energetisch günstigeren Einstellung des Elektronenspins
antiparallel zum magnetischen Strahlführungsfeld (Sokolov-Ternov Effekt
[20, 21]). Ausgehend von einem unpolarisierten Elektronenstrahl wird nach der
Aufpolarisationszeit t eine Polarisation P(t) =P o (1 ; exp(;t=τ)) erreicht. P o
ergibt sich aus dem Verhältnis der Spin-Flip Wahrscheinlichkeiten zu 92.4 %. Die
Aufpolarisationskonstante τ ist allerdings umgekehrt proportional zum Produkt
der dritten Potenz des magnetischen Führungsfelds B und dem Quadrat der
Strahlenergie γ.
Dieser Effekt ist daher nur an Elektronenspeicherringen nutzbar, bei denen kleine
Bahnradien und hohe Strahlenergie die Aufpolarisationszeit kleiner als die Speicherzeit
machen. Legt man die Daten des letzten Umlaufs von MAMI B zugrunde
(γ = 1673, B = 1.285 T), beträgt die Aufpolarisationskonstante 761035 Jahre.
Um trotzdem Experimente mit polarisierten Elektronen durchführen zu können,
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