論文の概要: Vortex particles in axially symmetric fields and applications of the
quantum Busch theorem
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.05741v1
- Date: Thu, 10 Dec 2020 15:25:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-21 05:44:36.565581
- Title: Vortex particles in axially symmetric fields and applications of the
quantum Busch theorem
- Title（参考訳）: 軸対称場の渦粒子と量子ブッシュ定理の応用
- Authors: Dmitry Karlovets
- Abstract要約: 渦の粒子は加速し、集中し、操舵し、閉じ込められ、また方位対称場やトラップに保存されることを示す。
この定理は、イオンの電荷状態を変えるために用いられる磁化ストリップフォイルを用いて、渦イオンと陽子をどうやって生成できるかを記述するものである。
- 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: The possibilities to accelerate vortex electrons with orbital angular
momentum (OAM) to relativistic energies and to produce vortex ions, protons,
and other charged particles crucially depend on whether the OAM is conserved
during the acceleration and on how phase space of the wave packet evolves. We
show that both the OAM and a mean emittance of the packet, the latter obeying
the Schr\"odinger uncertainty relation, are conserved in axially symmetric
fields of electric and magnetic lenses, typical for accelerators and electron
microscopes, as well as in Penning traps, while a linear approximation of
weakly inhomogeneous fields works much better for single packets than for
classical beams. We analyze quantum dynamics of the packet's rms radius
$\langle\rho^2\rangle$, relate this dynamics to a generalized form of the van
Cittert-Zernike theorem, applicable at arbitrary distances from a source and
for non-Gaussian packets, and adapt the Courant-Snyder formalism to describe
the evolution of the wave packet's phase space. The vortex particles can
therefore be accelerated, focused, steered, trapped, and even stored in
azimuthally symmetric fields and traps, somewhat analogously to the classical
angular-momentum-dominated beams. Moreover, we give a quantum version of the
Busch theorem, which states how one can produce vortex electrons with a
magnetized cathode during either field- or photoemission, as well as vortex
ions and protons by using a magnetized stripping foil employed to change a
charge state of ions. Spatial coherence of the packets plays a crucial role in
these applications and we provide the necessary estimates for particles of
different masses.
- Abstract（参考訳）: 相対論的エネルギーへの軌道角運動量(OAM)による渦電子の加速と渦イオン、陽子、その他の荷電粒子の生成の可能性は、加速中にOAMが保存されているかどうかと、ウェーブパケットの位相空間がどのように進化するかに大きく依存する。
oamとパケットの平均放射率、後者はschr\"odingerの不確かさ関係に従うが、加速器や電子顕微鏡やペニングトラップと同様に、電気および磁気レンズの軸対称場に保存されているのに対し、弱い不均質な場の線形近似は古典的ビームよりも単一のパケットにはるかによく作用する。
パケットの半径 $\langle\rho^2\rangle$ の量子力学を解析し、この力学をファン・シッター・ツェルニケの定理の一般化形式に関連付け、ソースと非ガウスパケットとの任意の距離で適用し、クーラント・スナイダー形式を適用して波パケットの位相空間の進化を記述する。
したがって渦粒子は加速し、集中し、操舵し、閉じ込められ、また古典的な角モメンタム支配ビームに類似した方位対称場やトラップに格納される。
さらに、バッホの定理の量子バージョンとして、磁場または光電子のいずれにおいても磁化陰極で渦電子を生成でき、また、イオンの電荷状態を変えるために用いられる磁化ストリップフォイルを用いて渦イオンと陽子を生成できることを示す。
パケットの空間的コヒーレンスがこれらの応用において重要な役割を担っており、異なる質量の粒子に対する必要な見積もりを提供する。
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