Введение к работе
Актуальность темы. Теория электромагнитного излучения релятивистских частиц представляет собой крупный раздел современной классической и квантовой электродинамики с многочисленными применениями в области физики элементарных частиц, ядерной физики, физики твердого тела, физики синхротронного и космического излучения. Возможно, что в связи с этим исследования излучения релятивистских частиц в настоящее время все более смещаются в область инженерных и технических приложений теории, в которых уже накоплен большой практический опыт. К сожалению, сейчас новым чисто теоретическим и фундаментальным исследованиям релятивистского излучения стало уделяться меньше внимания. И это несмотря на то, что целый ряд вопросов теории релятивистского излучения и связанных с ним процессов нуждается еще в более глубоком физическом осмыслении, а некоторые проблемы этого излучения, как следует, даже и не рассматривались.
Речь идет о проблемах специфики физической интерпретации целого ряда эффектов в теории релятивистского излучения, например, таких как спиновый свет в линейном по постоянной Планка приближении, роли спина и, в частности, ларморовскои и томасовскои прецессии в теории излучения, их вкладе в полную мощность излучения заряда, а также в полную мощность излучения самого углового момента импульса. Кстати, теория излучения углового момента электромагнитного поля (УМЭП) в таких практически важных областях как, например, синхротронное излучение до сих пор вообще не рассматривалась. По-видимому, это связано в первую очередь с тем, что основы описания УМЭП после открытия Садовского и экспериментального подтверждения его Бесом и Холборном еще долгое время вызывали споры и бурные дискуссии среди физиков. Самым большим недостатком этих работ является то, что многие авторы ипользовали для описания УМЭП нековари-антный подход, т. е. по-существу неправильный метод его описания. В более интенсивном развитии нуждается и проблема применимости релятивистского излучения в космосе, например, для объяснения формы профилей излучения пульсаров. Несмотря на то, что в этом направлении было проделано много интересных исследований, точные методы теории релятивистского излучения для построения профилей пульсаров, за исключением небольшого числа известных работ, почти не использовались.
Цели работы. Основными целями диссертации являются:
1. Анализ вклада ларморовскои и томасовскои прецессии спина в полную мощность синхротронного излучения с учетом аномального магнитного момента электрона.
-
Установление связи мощности излучения собственного полевого момента импульса электромагнитного поля с прецессией спина.
-
Сравнение значений мощности мгновенного орбитального и собственного угловых моментов излучения в ультрарелятивистском пределе.
-
Построение индикатрис мгновенного и среднего за период угловых распределений синхротронного излучения орбитального углового момента импульса.
-
Оценка значений полевого орбитального углового момента импульса синхротронного излучения для параметров типичного современного накопительного кольца электронов.
-
Воспроизведение профилей излучения экспериментально наблюдаемых пульсаров с использованием в ходе построения различных параметров, которые влияют на формирование профилей излучения этих пульсаров.
Научная новизна. Данная диссертация посвящена малоизученным и во многом даже не рассматривавшимся вопросам физической интерпретации в теории релятивистского излучения, а также некоторым практическим применениям полученных результатов исследований. При этом особое внимание уделяется синхротронному излучению (СИ), как основному направлению в теории релятивистского излучения, и новым свойствам этого излучения, включая излучение УМЭП СИ с учетом его орбитального и собственного угловых моментов. Тщательному изучению на основе индикатрис углового распределения мощности релятивистского излучения подвергся также вопрос о формировании многочисленных наблюдаемых экспериментально профилей космического радиоизлучения пульсаров.
Теоретическая ценность и практическая значимость. Проблемы интерпретации физических эффектов в теории релятивистского излучения состоят в том, что наиболее строгое описание этих эффектов, как и многих других микропроцессов, возможно только в квантовой теории. Однако этот факт вызывает также появление целого ряда трудностей в физической интерпретации и более глубоком понимании целого ряда явлений, происходящих в микромире.
Вот почему проделанный в настоящей диссертации с привлечением методов релятивистской полуклассической теории всесторонний анализ накопившихся проблем физической интерпретации теории излучения заряженных релятивистских частиц представляет большой интерес для широкого круга исследователей, занимающихся релятивистским (особенно синхротронным) излучением элементарных частиц, а также другими процессами, происходящими в микромире и космосе.
Данная работа является еще одним подтверждением единства законов природы в описании самых разнообразных физических явлений.
Такого рода исследования позволяют дать более четкую физическую интерпретацию многим процессам в микромире, когда физическое понимание проблем затрудняется весьма громоздким математическим аппаратом квантовой теории. Изложенные здесь методы являются также наглядной демонстрацией возможностей контроля правильности полученных результатов с применением основополагающего принципа соответствия.
Положения выносимые на защиту:
-
Установление точного полуклассического аналога спектрально-углового линейно-поляризованного распределения энергии в классической теории релятивистского излучения. Анализ этого выражения с целью разрешения целого ряда проблем физической интерпретации релятивистского излучения.
-
Анализ вклада ларморовской и томасовской прецессии спина в полную мощность синхротронного излучения с учетом аномального магнитного момента электрона.
-
Полуклассическая интерпретация эффективной электромагнитной массы электрона на основе классического электродинамического самодействия конвективного электромагнитного поля.
-
Техника кинематического построения экспериментально наблюдаемых профилей излучения пульсаров для мгновенного излучения кривизны из магнитных полюсов на основе соответствующих индикатрис синхротронного излучения (модель Радхакришнана и Кука).
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих российских и международных конференциях:
-
XIII Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и образование", 20-24 апреля 2009 г., Томск, ТГПУ.
-
Fourteenth Lomonosov Conference on Elementary Particle Physics, August 19-25, 2009, Moscow, MSU.
-
VIII International Symposium on Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures, September 7-11, 2009, Zvenigorod.
-
XIV Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Наука и образование", 19-23 апреля 2010 г., Томск, ТГПУ.
-
International Conference QFTG'2010 (Quantum Field Theory and Gravitation), July 5-9, 2010, Tomsk, TSPU.
-
XVIII Международная конференция по использованию синхротронного излучения "СИ-2010", 19-22 июля 2010 г., Новосибирск, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения.
-
V Международная конференция "Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений", 2-7 августа 2010 г., Петропавловск-Камчатский, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн.
-
The 19th International Spin Physics Symposium SPIN 2010, September 27 - October 2, 2010, Germany, Forschungszentrum Juelich.
-
Fifteenth Lomonosov Conference on Elementary Particle Physics, August 18-24, 2011, Moscow, MSU.
-
XIX Международная конференция по использованию синхротронного излучения "СИ-2012", 25-28 июня 2012 г., Новосибирск, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения.
-
International Conference QFTG'2012 (Quantum Field Theory and Gravitation), July 31-August 4, 2012, Tomsk, TSPU.
-
47-я Школа по физике конденсированного состояния "ФКС-2013", 11-16 марта 2013 г., Санкт-Петербург, ПИЯФ.
-
Всероссийская астрономическая конференция "Многоликая Вселенная" (В АК-2013), 23-27 сентября 2013 г., Санкт-Петербург, Park Inn Pulkovskaya.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано десять работ, указанных в конце автореферата. Из них пять в изданиях по перечню ВАК [1,2,6-8], две - в рецензируемых журналах [4,10], три - в сборниках трудов конференций [3,5,9].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и шести приложений. Список использованной литературы содержит 135 наименований на 12 страницах. Текст диссертации содержит 106 страниц машинописного текста, включая 22 рисунка.
