Введение к работе
Актуальность темы. В иастоящее время в практике физического
эксперимента по взаимодействию мощного когерентного
-лектромаїнитного излучения с веществом широко используются
интенсивности в диапозоне < 1012 - 1019 ) Вт/см2. Вблизи верхней
границы напряженность поля больше атомной, скорость
колеблющегося; электрона близка к скорости света. При этом,
классический параметр интенсивности т} - eF/
значений превышающих единицу, а квантовый параметр
міюіо<Ьотонности (параметр Бункина-Федорова)
у = ті {mc^/fi ш) (q/E) значительпо лревосходит единицу { F и а> -
напряженность я частота поля волны; е,т и q,E - заряд, масса и
переданный импульс и энергия злекгроїш, с,.» скорость света). В
сильном поле излучения существенную роль играют нелинейные
эффекты, связанные с поглощением из волны или испусканием в
волну сразу нескольких квантов. Это приводит к тому,что сеченпя
физических процессов начинают нелинейным образом зависеть от
интенсивности падающей волны, меняются также угловые и
спсктратьные распределения. Характерной особенностью
электродинамических процессов высших порядков по постоянной
тонкой структуры во внешнем поле является возможность их
резонансного протекания. Это обусловлено тем, что в поле чолны для
электрона разрешены процессы низших порядков, такие, как
спонтапное излучение или однофотонное рождение и аннигиляция
элекгрон-позитронных пар. Поэтому в некоторой области значений
энергии и нмнульса частина в промежуточном состоянии может выйти
на массовую оболочку, и рассматриваемый процесс высшего порядка
эффектипно сводится к двум последовательным процессам низших
порядков. Возникновение резонансов, в лазерном поле относится к
числу наиболее фуидамептіиьньіх я мало исследованных проблем
квантовой электродинамики сильных полей. Особая значимость этих
проблем связана с возможностью создания в современных условиях
источников когерентного излучения очень высокой интенсивности
вплоть до 102! Вт/см2. К числу фундаментальных относятся также и
иерезонансные процессы при столкновениях релятивистских
электронов во внешнем поле, которые имеют нетривиальные особенности в сильных световых полях. Следует подчеркнуть также
особую важность сфдерелятнвистского подхода к данным задачам, позволяющего . наиболее полно изучить спектральные и угловые характеристики в широкое Диапазоне энергий электронов.
Вопросы, ; связанные с многофотоыным вынужденным -II спонтанным тормозным эффектом на релятивистских электронах в световом поле важны не только для изучения вышеупомянутых фуцдаментальных проблем, но и для ряда поисковых прикладных направлений, к которым можно отнести создание лазера на свободных электронах, лазерное ускорение и др.
Таким образом, теоретическое исследование вынужденного и спонтанного излучения при столкновениях релятивистских электронов в сильном световом поле представляется актуальным и имеет как общефизическое, так и прикладное значение.
ТІедь диссертаций: разработать аналитическую, релятивистскую теорию вынужденного и спонтанного излучения при столкновениях электронов в сильном световом поле.
Научная ковизна.В диссертации разлита релятивистская теория квантовоэлектродинамических процессов вынужденного и спонтанного излучения при рассеянии электронов друг ііа друге и па ядрах в сильном световом . ноле (одной и двух воли). В работе впервые получены следующие результаты.
В обще>1 релятивистском случае исследован процесс резонансного и нерезонансного рассеяния электрона п«д электроне (позитроне) в поле сильной световой волны алдннтичсекоі'г поляризации. Показано, что в области интенсивпостей световой волны Т| « 1 резонансное дифференциальное сечение е-с -рассеяния может значительно (на 4 порядка) превышать мёллсровскос' сечение «>сл внешнего поля^ на малых углах рассеяния (в - 0.01 ). Световое-поле в условиях, когда квантовый параметр Буикпнй-Фсдорова y >> ' подавляет интерференцию прямого и-обменного каналов, е- - с" и е- - с+ - реакций в общем релятивистском случае.
В общем релятивистском.случае изучен-процесс резонансного и нерезонанского спонтанного тормозного излучения электрона па ядре в поле световой волны эллиптической поляризации. Показано, что в световом поле т| « 1 в условиях -резонанса частота споптаткяо фотона в зависимости от энергии и. кинематики рассеяния злсюроііа лежит в четырех существенно различных областях спектра излучения, При этом резонансное сечение может значительно (до 7 порядков
величины) превышать сечение -тормозного излучения электрона на
ядре (без внешнего поля). .... :-
Получено- сечение .резонансного-, фотерождеиия электрон-позитроиных пар на ядре в; поле световой, волны. интенсивность которой т) « 1 н угли между импульсами фотонов (падающим и внешнего поля) произвольны. Показані), что пороговая знерг«я падающего фотона значительно превосходит энергию покоя электрона и вдали от порога, энергии электрона и позитрона существенно различаются. При этом, резонансное сечение может на порядок превышать ссченпе фоторождения пар на ядре (без внешнего доля).
D общеч релятивистском случае исследован процесс рассеяния
электрона на ядре в поле- двух световых золи эллиптических
поляризаций.' произвольных пнтсненвностей л частот.
распространяющихся вдоль одного: направления. Показано, что при определенных условиях на интенсивности обеих воли рассеяние электрона становится существенно ассиметричным, при этом, для циркулярных поляризаций волн электрон коррелированно излучает и поглощает одинаковое .число фотонов обеих волн (излучение и поглощение не равного числафотонов волн подавлено).
Получено сеченне рассеяния релятивистского электрона на ядре
во втором порядке теории возмущений по потенциалу ядра в поле
сильной световой волны эллиптической поляризации. Наіідепьі
условия факторизации сечения- рассеяния на произведение сечения
упругого процесса и вероятность излучения (поглощения) фотонов
волны. Показано, что при определенных условиях в поле линейна
поляризованной волны рассеяние = электрона а общем релятивистском
случае становится существенно ассиметричным (в плоскости
начального импульса электрона и волнового вектора), причем
происходит излучение и поглощение только четного числа фотонов
волны, .
Развита квазиклассическазг теория спонтанного -.. тормозного излучения медленного электрона на ядре з поле слабой электромагнитной волны. Указан интервал частот спектра излучения. где полученный результат может быть проверен экспериментально.
Изучено влияние релятивистских поправок (учет магнитодипольного взаимодействия) на угловое распределение электронов при тунельной ионизации атомов сильным низкочастотным электромагнитным ' полем. Показано.что в . случае линейно
поляризованной волны угловое .распределение зависит от азимутального угла и резко ассиметрично, а для циркулярно лоляризованной волны; - имеет максимум на угле отличном от нуля и определяемом релятивистской поправкой.:
Цаучная и практическая значимость работы.
Полученные в диссертации условия факторизации сечений процессов вынужденного и спонтанного излучения электрона на ядре в световом поле на произведение соответствующего сечения упругого процесса и вероятность излучения (поглощения) определенного числа фотонов волны устанавливают границу независимого влияния на эти процессы поля ядра и поля волны. Выведенное в диссертации условие дипольного приближения дает верхнюю границу для интенсивкостсй светового поля при нерелятивйстских подходах к задачам вынужденного и спонтанного: тормозного излучения электрона в лазерных полях. Аналитические, выражения для сечений многрфотонного вынужденного тормозного эффекта вис области Бункина-Федорова во внешнем поле (одной или двух волн) являются базовыми при расчетах коэффициентов поглощения (усиления) световой волны. Использованные методики и подходы применимы для расчета других процессов, а также в прикладных задачах. Результаты, Полученные в диссертации позволяют предсказать-в световом ноле ряд новых физических эффектов: подавление интерференции, прямого и обменного каналов в процессах рассеяния электрона па электроне и позитроне; ассиметрию рассеяния электрона на ядре в; световом поле (одной или двух волн); существенное влияние 'поляризации водны на процесс рассеяния электрона,аа ядре в отличие от нерелятйинсі'скоіі теории Бункика-фсдорова; интерференционный эффект при рассеян и и электрона на ядре в ноле двух световых волн,; проявляющийся' в Коррелированном излучении и поглощении равного числа фотонов обеих воли при существенной ассимстрии рассеяния; резонансное поведение процессов:; вынужденного тормозного излучения и поглощения при рассеянии электрона па электроне, спонтанного тормозного излучения при::- рассеянии электрона па ядре, фоторождения электрои-йозитронных нар па ядре.
Основные положения;вынбсимые на зашибу:
1. Релятивистская теория квантовоэлектродинамических
процессов вынужденного и спонтанного излучения при столкновениях
ЭЛеКТроНОВ Э СИЛЬНОМ СВеТОВОМ ПОЛЄ. т ".'"'.
-
Квазиклассйческая теория спонтанного тормозного излучения нри рассеянии медленного электрона на ядре в поле слабой электромагнитной волны. А
-
Угловое распределение электронов при тунельной ионизации атомов в сильном низкочастотном электромагнитном поле с учетом релятивистских поправок.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на , Всесоюзной конференции по атомным и электронным столкновениям (Рига, октябрь 1982), на Межведомственном рабочем совещании по элементарным процессам в поле лазерного излучения (Ленинград, март ,1990), на VIII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, сентябрь 1990), на XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, сентябрь 1991), на II Всесоюзном семинаре по атомной спектроскопии и XI Всесоюзной конференции по теории атомов и атомных спектров (Суздаль, декабрь 1991), на III Семинаре по атомной спектроскопии (Черноголовка, декабрь 1992), на Международной конференции "Физика на Украине" (Киев, июнь 1993).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 114 источников. Общий объем - 225 стр. и включает 41 рисунок.
Основные оригинальные результаты отмечены в
соответствующих параграфах и перечислены в заключении
диссертации. -' ;..._.„:._
