論文の概要: Non-linear quantum effects in electromagnetic radiation of a vortex
electron
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.03169v2
- Date: Tue, 3 Nov 2020 05:46:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-03 07:23:11.573273
- Title: Non-linear quantum effects in electromagnetic radiation of a vortex
electron
- Title（参考訳）: 渦電子の電磁放射における非線形量子効果
- Authors: D.V. Karlovets, A.M. Pupasov-Maksimov
- Abstract要約: 光や物質と大きな空間的コヒーレンスを持つ電子の相互作用をどう解釈するかという議論がある。
軌道角運動量を持つ非相対論的渦電子からのスミス・パーセル放射実験を提案する。
このような非線形効果は単一電子に対して観測されることはなく、検出された場合、波状パケットにおける電荷の非点の性質の目印となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: There is a controversy of how to interpret interactions of electrons with a
large spatial coherence with light and matter. When such an electron emits a
photon, it can do so either as if its charge were confined to a point within a
coherence length, the region where a square modulus of a wave function
$|\psi|^2$ is localized, or as a continuous cloud of space charge spread over
it. This problem was addressed in a recent study R.~Remez, et al., Phys. Rev.
Lett. {\bf 123}, 060401 (2019) where a conclusion was drawn in favor of the
first (point) interpretation. Here we argue that there is an alternative
explanation for the measurements reported in that paper, which relies on purely
classical arguments and does not allow one to refute the second interpretation.
We propose an experiment of Smith-Purcell radiation from a non-relativistic
vortex electron carrying orbital angular momentum, which can unambiguously lead
to the opposite conclusion. Beyond the paraxial approximation, the vortex
packet has a non-point electric quadrupole moment, which grows as the packet
spreads and results in a non-linear $L^3$-growth of the radiation intensity
with the length $L$ of the grating when $L$ is much larger than the packet's
Rayleigh length. Such a non-linear effect has never been observed for single
electrons and, if detected, it would be a hallmark of the non-point nature of
charge in a wave packet. Thus, two views on $|\psi|^2$ are complementary to
each other and an electron radiates either as a point charge or as a continuous
charge flow depending on the experimental conditions and on its quantum state.
Our conclusions hold for a large class of non-Gaussian packets and emission
processes for which the radiation formation length can exceed the Rayleigh
length, such as Cherenkov radiation, transition radiation, diffraction
radiation, and so forth.
- Abstract（参考訳）: 光や物質と大きな空間的コヒーレンスを持つ電子の相互作用をどう解釈するかという議論がある。
そのような電子が光子を放出するとき、その電荷がコヒーレンス長内の点に制限されているか、波動関数 $|\psi|^2$ の正方率が局在している領域、またはその上に広がる空間電荷の連続雲として、そのようにすることができる。
この問題は最近の研究Rで解決された。
〜Remez, et al., Phys.
Rev. Lett.
{\displaystyle {\bf 123}, 060401 (2019) では、最初の(ポイント)解釈を支持して結論が導かれた。
ここでは、この論文で報告された測定値には、純粋に古典的な議論に依存し、第二の解釈を反論することができない別の説明があると主張する。
我々は、軌道角運動量を持つ非相対論的渦電子からのスミス・パーセル放射の実験を提案する。
同軸近似を超えると、ボルテックスパケットは非点電気四極子モーメントを持ち、パケットが拡散するにつれて成長し、l$がパケットのレイリー長よりはるかに大きいとき、格子の長さがl$であるような放射強度を非線形に$l^3$成長させる。
このような非線形効果は単一電子では観測されておらず、もし検出されれば、波のパケット内の電荷の非点の性質の指標となる。
したがって、$|\psi|^2$ の2つのビューは互いに相補的であり、電子は実験条件や量子状態に応じて点電荷または連続電荷の流れとして放射される。
結論としては, チェレンコフ放射, 遷移放射, 回折放射など, 放射線生成期間がレイリー長さを超えるような非ガウスパケットの多種多様な放出過程について考察した。
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