論文の概要: Diffraction by Circular and Triangular Apertures as a Diagnostic Tool of Twisted Matter Waves

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00826v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 12:37:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 16:59:20.556967
• Title: Diffraction by Circular and Triangular Apertures as a Diagnostic Tool of Twisted Matter Waves
• Title（参考訳）: ツイスト物質波の診断ツールとしての円形・三角形開口による回折
• Authors: Maksim Maksimov, Nikita Borodin, Daria Kargina, Dmitry Naumov, Dmitry Karlovets,
• Abstract要約: 円周開口は円筒対称性を保ち、半径が$|ell|$に依存するが符号に敏感な遠距離場プロファイルを生成する。 等辺三角形は軸対称を破り、大きさと符号を$ell$でエンコードする構造パターンを得る。 この結果は、構造化量子ビームのOAM内容を読み取るための単純で受動的で頑健な方法として三角回折を確立した。
• 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: We study diffraction of twisted matter waves (electrons and light ions carrying orbital angular momentum $\ell/\hbar=0,\pm1,\pm2,\ldots$ by circular and triangular apertures. Within the scalar Kirchhoff-Fresnel framework, circular apertures preserve cylindrical symmetry and produce ringlike far-field profiles whose radii and widths depend on $|\ell|$ but are insensitive to its sign. In contrast, equilateral triangles break axial symmetry and yield structured patterns that encode both the magnitude and the sign of $\ell$. A transparent Fraunhofer mapping links detector coordinates to the Fourier plane, explaining the $(|\ell|+1)$-lobe rule and the sign-dependent rotation of the pattern. We validate these results for both ideal Bessel beams and localized Laguerre-Gaussian packets, and we cross-check them by split-step Fourier propagation of the time-dependent Schr"odinger equation. From these analyses we extract practical design rules (Fraunhofer distance, lattice pitch, detector sampling) relevant to OAM diagnostics with moderately relativistic electrons with $E_{\rm kin}\sim0.1$ to $5$ MeV and light ions with $E_{\rm kin}\sim0.1$ to $1$ MeV/u. Our results establish triangular diffraction as a simple, passive, and robust method for reading out the OAM content of structured quantum beams.
• Abstract（参考訳）: 軌道角運動量 $\ell/\hbar=0,\pm1,\pm2,\ldots$ を円と三角形の開口によるツイスト物質波(電子と光イオン)の回折について検討した。 スカラーのKirchhoff-Fresnel の枠組みの中で、円形の開口は円筒対称性を保ち、半径と幅が$|\ell|$に依存するが符号に敏感なリングのような遠距離プロファイルを生成する。 対照的に、等辺三角形は軸対称を破り、大きさと$\ell$の符号の両方をエンコードする構造パターンを得る。 透過的なフラウンホーファー写像は検出器座標をフーリエ平面にリンクし、$(|\ell|+1)$-lobe則とパターンの符号依存回転を説明する。 理想的なベッセルビームとローカライズされたラゲール・ガウスパケットの両方に対してこれらの結果を検証し、時間依存シュル・オーディンガー方程式の分割ステップフーリエ伝播によりそれらを相互に検証する。 これらの分析から、E_{\rm kin}\sim0.1$が5ドル、E_{\rm kin}\sim0.1$が5ドル、光イオンが$E_{\rm kin}\sim0.1$が1ドルMeV/uであるOAM診断に関連する実用的な設計規則(フラウンホーファー距離、格子ピッチ、検出器サンプリング)を抽出した。 この結果は、構造化量子ビームのOAM内容を読み取るための単純で受動的で頑健な方法として三角回折を確立した。

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