Сравнительный анализ результатов классической и квантовой теории синхротронного излучения слабовозбужденных заряженных частиц

• Автор: Буримова, Анастасия Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Некоторые результаты классической теории СИ

1.1. Особенности угловых распределений СИ в классической теории

1.2. Первая гармоника классического спектра СИ

1.3. Особенности классического спектра СИ. Основные гармоники:

V — 1 и V

Глава 2. Особенности излучения при квантовых переходах из

2.1. Квантовые характеристики СИ

2.2. Сравнительный анализ результатов, полученных в рамках классической и квантовой теорий
Глава 3. Двухчастотный квантовый спектр бесспиновой частицы
3.1. Поляризационные свойства излучения
3.2. Спектрально-угловые распределения мощности излучения
3.3. Эффективные углы излучения и углы отклонения
Глава 4. Эволюция максимума в спектре излучения бесспиновой частицы
Приложение
Литература

Введение
Популярность синхротронного излучения (СИ) в первую очередь обусловлена широкой областью его технических приложений. Это излучение обладает рядом уникальных свойств, благодаря которым уже в течение пятидесяти лет постоянно открываются новые перспективы исследований в различных областях физики (в контексте данной работы важно отметить применение СИ в астрофизике [20, 51, 53, 54]), химии, биологии, геологии и медицины. Широкий спектр СИ [19, 21] позволяет работать в области частот, необходимой для конкретного эксперимента. Высокая интенсивность пучка фотонов обеспечивает возможность проведения быстрых экспериментов или использования слабо рассеивающих кристаллов. Одним из важнейших свойств СИ является высокая степень поляризации, которая может быть как линейной, так и круговой [30, 37, 66, 70].
Вместе с увеличением числа практических применений эволюционировало и теоретическое описание СИ, причем таким образом, что теория и эксперимент были всегда с большой точностью согласованы. На данный момент теория СИ является развитым разделом теоретической физики, а основные свойства этого явления подробно изучены и описаны в различных статьях [4, 47, 48, 54, 55], обзорах [6, 39, 41, 43, 68, 69], монографиях [7, 40, 49, 64, 67, 71, 72, 76-78] и учебниках [41, 42, 50].
Можно выделить так называемые классическую и квантовую теории СИ, которые являются самостоятельными замкнутыми теоретическими структурами и вместе с тем хорошо согласуются в определенных областях значений параметров излучения х. Классическая теория в ясной аналитической форме
1 В дальнейшем термины "классический" и "квантовый" будут неоднократно использоваться по отношению к различным свойствам и характеристикам излучения. Следует понимать их как привязку к соответствующей теории СИ. Например, под "классическим спектром СИ" подразумевается известное в рамках классической теории разложение излучения по частотам и т.д.

дает ответы на многие вопросы и позволяет провести численные расчеты значений основных характеристик СИ. Однако полное описание свойств СИ и его физической природы возможно лишь в рамках квантовой теории [40, 49], которая также определяет пределы применимости классической. Примером известного чисто квантового свойства СИ может служить эффект отдачи. Как показано в [35, 36], воздействие дискретного характера излучения на частицу вызывает квантовое уширение траектории этой частицы, причем квантовые флуктуации имеют макроскопический характер. Квантовая теория также позволяет определить вклад спина частицы в количество испускаемого излучения. Анализ эволюции спина в процессе синхротронного излучения привел к открытию эффекта радиационной самополяризации электронов и позитронов в накопительных кольцах [38].
Однако до сих пор известно весьма мало теоретических результатов, описывающих изменение угловых распределений СИ в областях, где квантовые поправки уже нельзя рассматривать как малые. В [10, 11, 57, 58] методами квантовой теории исследовалось излучение частиц, находящихся на низких энергетических уровнях. Было показано, что в нерелятивистской области влияние квантовых поправок тем заметнее, чем меньше начальный энергетический уровень частиц. В работах [26, 27, 60] также указаны области возможного существенного проявления квантовых поправок для ультрарелятивист-ских частиц. Весьма небольшое количество работ по теории СИ в областях, где квантовые поправки становятся существенными, тем более удивительно, что спектрально-угловые распределения мощности СИ в этих областях описываются точными аналитическими выражениями.
Результаты, полученные в рамках классической и квантовой теорий для мощности излучения релятивистского электрона в однородном магнитном по-

Глава
Особенности излучения при квантовых переходах из п
2.1. Квантовые характеристики СИ
В рамках квантовой теории исследуем излучение слабовозбужденных частиц, а именно, частиц, находящихся в первом возбужденном состоянии. Для них попытаемся сконструировать аналоги изученных в классике характеристик. Как уже упоминалось, при переходах из первого возбужденного состояния в основное излучается только одна частота, поэтому квантовые выражения (5), (13), (14) для угловых и спектрально-угловых распределений мощности СИ в этом случае заметно упрощаются. Рассмотрим отдельно свойства излучения бозона и электрона, а затем сравним полученные результаты, определив таким образом влияние спина на излучение.
2.1.1. Бозон
Введем промежуточный параметр хо и промежуточную переменную х
С помощью этих обозначений можно записать выражение для углового распределения мощности излучения бозона [57-59]
Хо = х0(/3)
О < х0(/3) < 2 - у/3 « 0.26794919, 0 < х(0, в) < х0((3).
с1]УР(р,в) _ СЭ0А(Р)