Прецесія Томаса

Прецесія Томаса — релятивістський кінематичний ефект, що полягає в тому, що вісь гіроскопа повертається (прецесує), коли його точка підвісу рухається по криволінійній траєкторії (в загальному випадку гіроскоп слід розуміти як частинку, що задає певний напрям, напр. електрон зі спіном). У супутній інерційній системі відліку кут. швидкість такої прецесії дорівнює

$\Omega_{T} = -\frac{\gamma-1}{v^2}\,[\mathbf{v}\times \mathbf{a}],$

де $v$ — швидкість, $a$ — прискорення в лабораторній системі відліку, $\gamma = (1 - \frac{v^2}{c^2})^{1/2}$. Якщо точка підвісу гіроскопа рухається по колу радіусом $r$ з пост. кут. швидкістю $w$, тоді томасівська прецесія буде

$\Omega_{T} = w \left ( [1-(wr/c)^2]^{1/2} - 1 \right)$

У квантовій фізиці T. п. проявляється в осциляції комплексних амплітуд ймовірності спінових станів частинки в силовому полі.

Теоретично томасівська прецесія є наслідком того, що чисті перетворення Лоренца не утворюють групи, так як її генератори (елементи відповідної алгебри Лі) не утворюють замкнуту алгебру відносно комутацій. Комутатор двох інфінітезимальних бустів в різних напрямках містить також поворот навколо однієї з просторових осей.

Експериментальне підтвердження

Ефект передбачив в 1926 Л. Томас (L. Thomas); він врахував пов'язані з прецесією поправки при розрахунку спін-орбітальної взаємодії в атомі водню, отримав узгоджену з експериментом тонку структуру спектральних ліній і правильно описав аномальний ефект Зеємана. T. п. дозволяє також якісно пояснити спін-орбітальну взаємодія нуклонів в атомному ядрі і причину «обернення» дублетів в ядрі. У 1978 Т. П. була зареєстрована для мюонів на прискорювачі в ЦЕРНі. Вплив Т. П. призводить до зсуву нуля інтерференційної картини зустрічних хвиль де Бройля часток (електронів, нейтронів тощо) у кільцевих інтерференційних датчиках кут. швидкості. Л. Шіфф (L. Schiff) в 1960 запропонував експеримент по виявленню класичного ефекту T. п. за допомогою гіроскопа, встановленого на штучному супутнику Землі, але існуючий рівень технологій недостатній для його реалізації.

Джерела

• Физическая энциклопедия. Т.1. Гл.ред. А. М. Прохорова. М. Сов.энциклопедия. 1988.
• Квантовая теория поля. Райдер, 1998.