Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее
время изучение электромагнитных процессов, происходящих в электрон-позитронной и электрон-дырочной плазме, становится многообещающим направлением исследований, лежащим на стыке таких дисциплин, как нелинейная оптика, электродинамика активных сред, лазерная физика, физика высоких энергий и гамма-астрономия. Для лазерной физики процесс аннигиляции электрон-позитронной плазмы интересен, в частности, тем, что аннигиляционное излучение попадает в недоступный для современных лазеров гамма-диапазон. В связи с этим возникает вопрос о возможности использования электрон-позитронной плазмы в качестве активной среды для генерации когерентного гамма-излучения (гамма-лазера), в том числе в режиме коллективного спонтанного излучения.
Обращение к процессам, подобным рассмотренному в диссертации процессу коллективной аннигиляции электрон-позитронной плазмы, представляется неизбежным на пути получения сверхкоротких импульсов коллективного спонтанного излучения и в нерелятивистской плотной плазме. В первую очередь это относится к сверхизлучательной рекомбинации свободных электронов и дырок в полупроводнике, реализующей предельные возможности спонтанной генерации когерентных ультракоротких импульсов в полупроводниках. Полупроводниковые лазеры являются, видимо, единственными из наиболее популярных лазерных приборов, для которых достижение сверхизлучательного режима генерации остается проблематичным.
В астрофизике за последние годы произошел качественный скачок в экспериментальных исследованиях космических источников гамма-излучения. Он связан с успешной работой на орбите рентгеновских и гамма-обсерваторий, таких, как CGRO, ГРАНАТ/SIGMA, ROSAT. Накоплен богатый наблюдательный материал, который еще только начинает теоретически осваиваться и требует детального анализа возможных
спектральных особенностей аннигиляционного излучения элект-рон-позитронной плазмы.
Таким образом, задачи, рассмотренные в диссертации, являются важными и актуальными.
Цель работы: теоретический анализ ряда новых эффектов генерации и распространения аннигиляционного излучения, возникающих в электрон-позитронной или электрон-дырочной плазме, находящейся в экстремальных условиях сильных магнитных и гравитационных полей, высоких плотностей и температур.
Научная новизна. (1) В литературе практически отсутствует анализ коллективных, когерентных процессов, которые могут возникать при аннигиляции достаточно плотной электрон-позитронной плазмы. Для описания подобных процессов необходим выход за рамки стандартных кинетических уравнений и учет кооперативного характера взаимодействия электрон-позит-ронных пар и самосогласованного поля их излучения. Ситуация здесь аналогична известному процессу сверхизлучения образца инвертированных атомов или молекул с дискретным энергетическим спектром. Однако существует и важное различие между этими процессами, состоящее в том, что электрон-позитронная плазма является системой с непрерывным энергетическим спектром частиц (электронов и позитронов). До сих пор, видимо, изучалось лишь сверхизлучение систем частиц с дискретным энергетическим спектром. (2) В диссертации проанализированы причины трудностей, возникающих при попытках осуществления рекомбинационного сверхизлучения, а также определены условия реализации сверхизлучения в процессе межзонной рекомбинации свободных электрон-дырочных пар в полупроводниках. Установлена возможность осуществления сверхизлучательного режима рекомбинации за счет наложения на полупроводник сильного магнитного поля. (3) Показано, что анализ мощного аннигиляционного излучения, наблюдавшееся недавно от ряда рентгеновских источников, дает возможность определить наличие черной дыры и физические условия в источнике.
Основные работы по теме диссертации выполнены в период с
1989 по 1994 год.
Научная и практическая значимость. Проведенный в диссертации анализ демонстрирует возможность укорочения длительности когерентных импульсов излучения полупроводниковых лазеров за счет рассмотренного процесса рекомбинацион-ного сверхизлучения электрон-дырочных пар, без использования специальных резонаторов и сложных схем лазерной генерации с последующей компрессией импульсов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке полупроводниковых лазерных приборов, генерирующих ультракороткие мощные импульсы когерентного излучения. Результаты исследования излучения электрон-позитронной плазмы в окрестности черных дыр могут найти применение при анализе наблюдений рентгеновских источников - кандидатов в черные дыры. Анализ процесса анни-гиляционного сверхизлучения электрон-позитронной плазмы может служить основой для оценок роли коллективной аннигиляции в ряду других процессов динамики и излучения плотной космической и лабораторной электрон-позитронной плазмы в сильных магнитных полях.
Апробация работы. Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей в научных журналах, 1 статья в трудах конференций, 7 тезисов докладов. Две статьи находятся в печати.
Результаты диссертации докладывались на Коллоквиуме MAC N 128 (Польша, 1990), на Всесоюзной школе по физике космической плазмы (Суздаль, 1990), на Европейской конференции по квантово:" электронике EQEC-91 (Великобритания, 1991), на XVIII Международной конференции по квантовой электронике IQEC-92 (Австрия, 1992), на Международной школе по физике космической плазмы (Нижний Новгород, 1993), на VI Международной Ломоносовской конференции по физике элементарных частиц (Москва, 1993), на III Международной школе по астрофизике элементарных частиц (Италия, 1993), на XXV Российской конференции по радиоастрономии (Пушино, 1993), на XXX Научной ассамблее COSPAU Германия, 1994), на Симпозиуме МАС N 165 (Нидерланды, 1994), на VI Российско-Финском симпози-
уме по радиоастрономии (Нижний Новгород, 1994), на семинаре по теоретической физике акад. В.Л. Гинзбурга (Москва, 1990), на семинарах в Годдардовском космическом центре (США), в Астрономическом институте г. Утрехт (Нидерланды), в ИПФ РАН и в НИРФИ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем диссертации -166 страниц, рисунков - 24, библиография - 205 наименований.
