Квантовая система в поле электромагнитной волны — студенческий портал

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом.

Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс.

Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна — распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

  • Источник электромагнитного поля — электрические заряды, движущиеся с ускорением.
  • Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.
  • Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.
  • Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталКвантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал
  • В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:
  • Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталКвантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал
  • Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталКвантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал
  • Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).
  • Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталКвантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания.

С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Принцип радиосвязи

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур «открывают», т.е. создают условия для того, чтобы поле «уходило» в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром — антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от до Гц.

Радар (радиолокатор)

Устройство, которое передает ультракороткие волны и тут же их принимает. Излучение осуществляется короткими импульсами. Импульсы отражаются от предметов, позволяя после приема и обработки сигнала установить дальность до предмета.

Радар скорости работает по аналогичному принципу. Подумайте, как радар определяет скорость движущейся машины.

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektromagnt/jelmagn_volny

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны — Класс!ная физика

Электромагнитное поле — это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля. Теория электромагнитного поля создана Джеймсом Максвеллом в 1865 г.

Он теоретически доказал, что: любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Если электрические заряды движутся с ускорением, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется и само создает в пространстве переменное магнитное поле и т.д. Источниками электромагнитного поля могут быть: — движущийся магнит;

— электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся ( в отличие от заряда движущегося с постоянной скоростью, например, в случае постоянного тока в проводнике, здесь создается постоянное магнитное поле).

Электрическое поле существует всегда вокруг электрического заряда, в любой системе отсчета, магнитное – в той, относительно которой электрические заряды движутся. Электромагнитное поле существует в системе отсчета, относительно которой электрические заряды движутся с ускорением.

ПОПРОБУЙ РЕШИ

Кусок янтаря потёрли о ткань, и он зарядился статическим электричеством. Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного янтаря? Вокруг движущегося?

___

Заряженное тело покоится относительно поверхности земли. Автомобиль равномерно и прямолинейно движется относительно поверхности земли. Можно ли обнаружить постоянное магнитное поле в системе отсчета, связанной с автомобилем?

Какое поле возникает вокруг электрона, если он: покоится; движется с постоянной скоростью; движется с ускорением?

___ В кинескопе создаётся поток равномерно движущихся электронов. Можно ли обнаружить магнитное поле в системе отсчёта, связанной с одним из движущихся электронов?

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Электромагнитные волы — это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

  • Свойства электромагнитных волн: -распространяются не только в веществе, но и в вакууме; — распространяются в вакууме со скоростью света ( С = 300 000 км/c); — это поперечные волны;
  • — это бегущие волны (переносят энергию).

Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды. Колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия.

Метры

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Радиоволны—это электромагнитные волны (c длиной волны от более чем 10000м до 0,005м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

  1. Радиоволны различной длины распространяются по-разному.
  2. ___

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей чем 0,005м, но большей чем 770 нм, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением (ИК). Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.

___

К видимому свету относят излучения с длинной волны примерно от 770нм до 380нм, от красного до фиолетового света.

Значения этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Свет является обязательным условием для развития зеленых растений и, следовательно, необходимым условием для существования жизни Земле.

___

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиннной волны меньше, чем у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением (УФ).. Ультрафиолетовые излучение способно убивать белезнетворных бактерий, поэтому его широко применяют а медицине.

Ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света вызывает биологические процессы, приводящие к потемнению кожи человека – загару. В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине используются оразрядные лампы.

Трубки таких ламп изготовляют из кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампы называют кварцевыми лампами.

___

Рентгеновские лучи (Ри) невидимы азом. Они проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света.

Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку.

Способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои веществ используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека.

В технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры различных изделий, сварных швов. Рентгеновское излучение обладает сильным биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний.

___

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал Следующая страница «Радиоактивность»

Электромагнитное поле — Класс!ная физика

Магнитное поле — Определение направления линий магнитного поля — Обнаружение магнитного поля по его действию на проводник с током — Магнитная индукция. Магнитный поток — Явление электромагнитной индукции — Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

Источник: http://class-fizika.ru/9_34.html

Движение заряженной частицы в поле плоской эллиптически поляризованной электромагнитной волны

1 Копытов Г.Ф. 1 Мартынов А.А. 1 Акинцов Н.С. 1 1 ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет»
Проведен анализ задачи о движении заряженной частицы во внешнем заданном поле плоской эллиптически поляризованной электромагнитной волны большой интенсивности.

Решение уравнения движения заряженной частицы в поле электромагнитной волны представляет интерес для исследования взаимодействия лазерных импульсов большой интенсивности с твердыми мишенями в связи с практической разработкой многочастотных лазеров и развитием техники модуляции лазерного излучения.

Причина этого исследования обусловлена широким практическим применением высокотемпературной плазмы, образующейся на поверхности мишени и поисками новых режимов взаимодействия лазер-плазма.

Получены формулы для средней кинетической энергии частицы в релятивистском рассмотрении в явной зависимости от начальных данных, амплитуды электромагнитной волны, интенсивности волны и её параметра поляризации. Приведена зависимость средней кинетической энергии от интенсивности электромагнитной волны.

Читайте также:  Древнегреческие театры - студенческий портал

плоская электромагнитная волнасредняя кинетическая энергия частицыультракороткий лазерный импульс
1. Аззам Р. Эллипсометрия и поляризованный свет / Р. Аззам, Н. Башара; пер. с англ. – М.: Мир. 1981. – 583 с.
2. О движении заряженной частицы в плоской монохроматической электромагнитной волне / С.Н. Андреев, В.П. Макаров, А.А. Рухадзе // Квантовая электроника.– 2009. – Т.

39, № 1.– С. 68–72.
3. Ландау Л.Д. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. – М.: Наука, 2004.– 509 с.
4. Ньютон Р. Теория рассеяния волн и частиц / Р. Ньютон; пер. с англ. – М.: Мир. 1969. – 607 с.
5. d’Humieres E., Lefebvre E., Gremillet L., Malka V. // Phys. Plasmas. – 2005. – Vol. 12. – Р. 9902.
6. Mora P. // Phys. Pev. E. – 2005. – Vol. 72. – Р. 056401.
7. Oishi Y. et al.

// Phys. Plasmas. – 2005. Vol. 12, p. 073102.
8. Pukhov A. Rep. Prog. Phys. – 2003. – Vol. 66. – Р. 47.
9. Sentoku Y., Cowan T. E., Kemp A., Ruhl H. // Phys. Plasmas. – 2003. – Vol. 10. – Р. 2009.
10. Umstadter D. // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2003. – Vol. 36. – Р. 152.
11. Wilks S. C., Kruer W. L., Tabak M., Langdon A.B. Absorption of ultra-intense laser pulses // Phys. Rev. Lett.

 – 1992. – Vol. 69. – Р. 1383–1386.
12. Wilks S. C. et al. // Phys. Plasmas. – 2001. – Vol. 8. – Р. 542.

В настоящее время большой практический и теоретический интерес представляет задача ускорения заряженных частиц ультракороткими лазерными импульсами большой интенсивностью в плазме [5–9]. Мощные лазерные импульсы используются как эффективное средство для получения высокоэнергичных частиц путем воздействия на фронтальную поверхность мишени из тонкой фольги [10, 11, 12].

Для оценки температуры быстрых электронов на фронтальной поверхности мишени в работе [11] было предложено использовать формулу кинетической энергии электрона, осциллирующего в поперечном поле падающей электромагнитной волны,

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

где me – масса электрона; c – скорость света; E0 – амплитуда электромагнитного поля падающей электромагнитной волны; ω – круговая частота; I – интенсивность падающей волны (в Вт/см2) λ – длина волны; (в мкм).

Решение уравнения движения заряженной частицы в поле плоской монохроматической электромагнитной волны в случаях линейной и круговой поляризации было получено в работе [2], и указано, что формула (1) соответствует нерелятивистскому случаю. В настоящей работе получено аналогичное решение для случая плоской монохроматической, эллиптически поляризованной электромагнитной волны, которое, как частные случаи, включает и указанное выше решение.

  • Цель настоящей работы – анализ движения частицы в поле эллиптически поляризованной электромагнитной волны и вывод формул для средней кинетической энергии частицы, усредненной по периоду её колебаний.
  • Постановка задачи
  • Уравнение движения частицы с массой m и зарядом q имеет вид

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

где импульс частицы и ее скорость связаны равенством [3]

Изменение энергии частицы

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

определяется уравнением

  1. Энергия, импульс и скорость частицы связаны равенствами
  2. (6)
  3. Будем считать, что волна распространяется вдоль оси z. В этом случае компоненты векторов электрического и магнитного поля волны определяются выражениями

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

где ω – частота несущей волны; ψ – параметр поляризации; φ – угол наклона осей эллипса к оси Ox системы координат; оси x и y совпадают с направлением полуосей эллипса поляризации волны bx и by, причем bx ≥ by ≥ 0; f = ±1 – параметр поляризации: верхний знак для Ey соответствует правой поляризации, а нижний – левой [4].

Рис. 1. Эллипс поляризации

  • Решение уравнения движения заряда
  • Решение уравнений (2) и (5) с и из (7) в действительной форме имеет вид
  • pz = γg; (8)
  • где χx, χy, γ – постоянные, причем выполняется условие

γ ≥ 0, т.е. ε ≥ mc2;

  1. (9)
  2. (10)
  3. Из (8) и (6) получаем зависимость скорости частицы от фазы волны Φ:
  4. (11)
  5. Постоянные χx и χy определяются начальной фазой волны
  6. Φ0 = –kz0 + φ + ψ
  7. и начальной скоростью υ0;
  8. (12)
  9. Из (11) получаем координаты частицы как функции Φ:
  10. (13)
  11. Движение частицы, усредненное по периоду колебаний

Здесь приведем результаты усреднения импульса и энергии ε частицы по периоду ее колебаний в поле электромагнитной волны. Усреднение колебания частицы по её периоду проведем аналогично [2] с применением (8).

  • Для импульса частицы получаем следующие формулы:
  • (14)
  • Для энергии ε частицы получаем
  • (15)
  • Из (15) видно, что зависит от интенсивности волны, ее поляризации, начальной фазы, а также от начальной скорости частицы.
  • Случай эллиптической поляризации при отсутствии у частицы начальной скорости
  • Здесь рассмотрим случай, когда частица в начальный момент времени имеет скорость . Тогда уравнения (12) принимают вид
  • (16)
  • γ = mc.
  • Для волны с эллиптической поляризацией [1]
  • (17)

где ρ – параметр эллиптичности. При ρ = ±1 – соответствует линейной поляризации, а при  – круговой поляризации [1]. В остальных случаях величина ρ соответствует эллиптической поляризации , при которой

  1. (18)
  2. (19)
  3. Из (10) получим значение h в начальный момент времени:
  4. (20)
  5. где  – интенсивность эллиптически поляризованной электромагнитной волны, а λ = 2πc/ω – длина волны.
  6. Подставляя (18), (19) и (20) в (15), получаем среднюю энергию первоначально покоящейся частицы в волне эллиптической поляризации
  7. (21)
  8. Как видно из (21), средняя энергия частицы зависит от интенсивности волны, параметра поляризации ψ, угла наклона φ осей эллипса к оси Ox системы координат, начальной фазы и скорости волны.
  9. Усредняя по начальной фазе Φ0, средняя энергия заряженной частицы в поле плоской монохроматической эллиптически поляризованной волны имеет вид
  10. (22)
  11. Для случая линейной поляризации при ρ = ±1 формула (22) принимает вид формулы (52) в [9].

На рис. 2. приведены зависимости средней кинетической энергии электрона от интенсивности плоской монохроматической электромагнитной волны линейной поляризации ρ = ±1, круговой поляризации , круговой поляризации (формула (45)) из [2] и эллиптической поляризаций, представляющий наибольший практический интерес , а также энергии, рассчитанной по формуле (1).

Рис. 2. Зависимости средней кинетической энергии электрона от интенсивности плоской монохроматической электромагнитной волны: 1 – линейной поляризации (ρ = ±1); 2 – эллиптической поляризации ; 3 – круговой поляризации , 4 – круговой поляризации (формула (45) из [2]); K – расчет по формуле (1).

Как было указано в [2], формула (1) дает существенно заниженные значения средней кинетической энергии электрона в электромагнитном поле: при Iλ2 > 4,5·1018 Вт·мкм2·см–2 эти значения более чем в 2,5 раза меньше значений, рассчитанных по формуле для случая линейной поляризации, и более чем в 2,2 раза для круговой поляризации, рассчитанной по формуле (45) в [2]. Как видно из рис. 3, при усреднении значений фазовых характеристик для круговой поляризации значение средней кинетической энергии превосходит её значения на 0,4 МэВ значений, полученных по формуле (45) в [2]. Подставляя значения параметров ωξ0 = π/2, 3π/2; φ = π/2, 3π/2; ψ = π/2, 3π/2 и в (21), получаем формулу (45) из [2].

Для случая эллиптической поляризации , что соответствует поляризации реального лазерного импульса большой интенсивности, значения средней кинетической энергии электрона в электромагнитном поле при Iλ2 > 4,5·1018 Вт·мкм2·см–2, на 0,25 МэВ больше этого значения для круговой поляризации и на 0,4 МэВ меньше для линейной поляризации.

Заключение

В работе приведены точные решения уравнений движения заряженной частицы во внешнем поле эллиптически поляризованной электромагнитной волны. Исследованы различные случаи начальных условий движения заряженной частицы и поляризации волны.

Вычислены значения импульса и энергии частицы, усредненные по периоду её колебаний.

Полученные решения представлены в явной зависимости от начальных данных, амплитуды электромагнитной волны, интенсивности волны и её параметра поляризации, что позволяет применять полученные решения в практических расчетах.

Рецензенты:

Тумаев Е.Н., д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой теоретической физики и компьютерных технологий, Кубанский государственный университет, г. Краснодар;

Исаев В.А., д.ф.-м.н., доцент кафедры физики и информационных технологий, Кубанский государственный университет, г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 15.07.2014.

Библиографическая ссылка

Источник: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35007

Квантовая электродинамика в сверхсильных полях — лекции на ПостНауке

ВИДЕО Одной из захватывающих проблем современной фундаментальной физики является проблема того, что представляет собой окружающий нас вакуум. Долгое время люди (нас так учат в школе) считали, что вакуум — это пустота, вакуум — это отсутствие чего-либо. Однако в XX веке возникла теория, которая получила название квантовой электродинамики. Из нее стало понятно, что на самом деле вакуум не является абсолютной пустотой, у него есть определенная структура, в нем есть жизнь, постоянно кипящая и никогда не останавливающаяся.

Образно можно себе представлять, что вакуум наполнен небольшими флуктуациями. В каждое мгновение в каждой точке вакуума рождаются и тут же умирают, так и не став ничем реальным, пары частиц — электрона и позитрона, его античастицы. Они родились и тут же умерли, аннигилировав. Это называется виртуальными парами. И несмотря на то, что они довольно слабые и их воздействие на нашу жизнь невелико, из квантовой электродинамики следовало, что они все-таки оказывают небольшое воздействие на окружающие атомы. Это небольшое воздействие довольно быстро было обнаружено методами спектроскопии. Но до сих пор это остается лишь косвенным свидетельством того, что такие флуктуации существуют. Фактически нет никакого прямого метода исследования того, что они собой представляют.

Хотелось бы иметь возможность исследовать вакуум и флуктуации в нем, чтобы, в частности, проверить основы квантовой электродинамики и, может быть, найти признаки какой-то новой физики, которые нам пока неизвестны. К сожалению, до сих пор такого инструмента у нас нет.

У нас есть только косвенные свидетельства о наличии флуктуаций. Хотя год назад некие эффекты были пойманы при наблюдении за далекими нейтронными звездами.

Вблизи этих звезд тоже существуют флуктуации и условия, когда они усиливаются за счет условий, существующих на этих нейтронных звездах.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Это довольно сложная логическая цепочка. Надо иметь представление о том, что такое нейтронная звезда, какие у нее магнитные поля, как устроено излучение.

Читайте также:  Учет финансовых векселей - студенческий портал

А на самом деле никто эти нейтронные звезды никогда не посещал и не видел. Хотелось бы все это делать в лаборатории.

И вот оказывается, что сейчас мы стоим на пороге того, чтобы такой инструмент получить — речь идет о лазерах сверхвысокой пиковой мощности.

Современные лазерные технологии достигли того уровня, что современные лазерные системы могут получать излучение мощностью один петаватт, 1015 ватт, один квадриллион ватт. Это огромные величины.

И если мы сфокусируем такое излучение в маленькое пятнышко, то электромагнитные поля, которые существуют в этой электромагнитной волне, в лазерном излучении, начинают приближаться к величине, когда на них начинают оказывать воздействие эти флуктуации.

Наши теоретические расчеты показывают, что если мы еще немного увеличим мощность лазерных систем (мы можем ожидать, что такая мощность появится в ближайшие 5–10 лет), то излучение начнет воздействовать на флуктуации в вакууме. Что происходит? Флуктуации представляют собой просто электрон-позитронную виртуальную пару.

Когда такая пара попадает в сильное электрическое поле, в поле сфокусированного лазерного излучения, то это поле начинает ее немного растягивать. Поскольку электрон заряжен отрицательно, позитрон — положительно, они двигаются в разные стороны. Получается, что флуктуация начинает немного меняться.

Начинают меняться свойства самого вакуума. Это может проявляться в разных эффектах. Например, излучение, проходя сквозь вакуум, сквозь этот фокус, за счет взаимодействия с этими флуктуациями из линейно-поляризованного может стать эллиптически-поляризованным — поменять свою поляризацию.

А это можно померить, для этого есть хорошие, надежные методы.

Но есть еще более интересный эффект.

Что происходит, если в этом вакууме кроме лазерного излучения еще есть какая-то частица, например электрон, который туда может попасть совершенно случайным образом? То есть рядом находился атом, пришло излучение, взяло электрон из этого атома. Этот электрон в этой электромагнитной волне лазерного излучения ускоряется до огромных энергий и излучает квант света — фотон большой энергии.

А дальше происходит следующее. Фотон в этом же поле, в этой же электромагнитной волне рождает самопроизвольно уже реальную электрон-позитронную пару.

То есть не флуктуации, которые возникли и исчезли, а вполне реальные электрон и позитрон разлетаются в разные стороны. И каждый из них ускоряется до больших энергий, излучает свой квант света, свой фотон, который тоже распадается на электрон-позитронную пару.

Развивается лавина. Из одного электрона развивается огромное количество — на каждом шаге у нас происходит удвоение.

Вы, наверное, знаете известную притчу о торговце, пришедшем к шаху, который велел выдать ему вознаграждение в зернышках так, что зернышки выкладывались на клеточки шахматной доски, на каждой следующей клеточке было в два раза больше зернышек, чем на предыдущей. В общем, там оказалось, что уже буквально через 10–20 клеточек зерна надо было больше, чем во всей стране. Здесь получается такая же ситуация. Фактически очень быстро развивается лавина, и рождается огромное количество электрон-позитронных пар.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Как это выглядит внешне? Из абсолютно пустого пространства, из вакуума, где нет ничего, кроме богом забытого атома, который туда случайно занесло, когда мы фокусируем туда свет, из этого фокуса вдруг рождается огромное количество материи, столь плотной, что ее плотность в тысячи раз превышает плотность любого известного нам металла.

И во-первых, сам по себе эффект очень красивый и яркий. Но кроме того, он очень интересен как объект исследования с точки зрения как фундаментальной науки, так и возможных приложений.

Дело в том, что плазма, образующаяся в фокусе, является чрезвычайно ярким, не имеющим никаких аналогов из тех технологий, которые нам доступны, источником гамма-излучения.

Для чего можно использовать гамма-излучение? Прежде всего, его можно использовать как рентген для получения снимков в медицине. То есть мы гамма-источником можем облучать объекты, смотреть, изучать их внутреннюю структуру, узнавать то, что скрыто от нас. Другое направление.

Дело в том, что гамма-излучение — это то излучение, которое может эффективно взаимодействовать с ядрами. Если оптическое излучение взаимодействует с электронами, рентген взаимодействует с электронами, которые лежат более глубоко в атомах, то гамма-излучение взаимодействует уже с самими ядрами.

Это можно использовать, для того чтобы превращать ядра одного материала в ядра другого материала. Мы можем создавать с помощью гамма-излучения изотопы, которые не встречаются в природе.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталФемтосекундные лазеры и нанохирургия

Это важно как просто для задач ядерной физики, так и для задач ядерной медицины. Такие изотопы можно использовать как источники позитронов и использовать в позитронно-эмиссионной томографии.

Можно использовать их там в лечебных целях.

Я думаю, что человечество так устроено, оно это доказало, что любой уникальный по своим свойствам объект — а этот объект, безусловно, уникален — рано или поздно начинаем использовать себе во благо.

Источник: https://postnauka.ru/video/79123

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение

Дж. Максвелл в 1864 г. создал теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. В пространстве, где существует переменное магнитное поле, возбуждается переменное электрическое поле, и наоборот.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталЭлектромагнитная волна

Электромагнитное поле – один из видов материи, характеризуемый наличием электрического и магнитного полей, связанных непрерывным взаимным  превращением. 

Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталГрафик электромагнитной волны.

Эти волны излучаются колеблющимися заряженными частицами, которые при этом движутся в проводнике с ускорением. При движении заряда в проводнике  создается переменное электрическое поле, которое порождает переменное магнитное поле, а последнее, в свою очередь, вызывает появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и так далее.

Электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с течением времени, называется электромагнитной волной.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме или любом другом веществе. Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света c=3·108 м/с. В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Электромагнитная волна переносит энергию.

Электромагнитная волна обладает следующими основными свойствами: распространяется прямолинейно, она способна преломляться, отражаться, ей присущи явления дифракции, интерференции, поляризации. Всеми этими свойствами обладают световые волны, занимающие в шкале электромагнитных излучений соответствующий диапазон длин волн.

Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной. Посмотрев на шкалу электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений, мы различим 7 диапазонов: низкочастотные излучения, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий порталШкала электромагнитных волн

  • Низкочастотные волны. Источники излучения: токи высокой частоты, генератор переменного тока, электрические машины. Применяются для плавки и закалки металлов, изготовление постоянных магнитов, в электротехнической промышленности.
  • Радиоволны возникают в антеннах радио- и телевизионных станций, мобильных телефонах, радарах и т. д. Применяются в радиосвязи, телевидении, радиолокации.
  • Инфракрасные волны излучают все нагретые тела. Применение: плавка, резка, сварка тугоплавких металлов с помощью лазеров, фотографирование в тумане и темноте, сушка древесины, фруктов и ягод, приборы ночного видения.
  • Видимое излучение. Источники — Солнце, электрическая и люминесцентная лампа, электрическая дуга,лазер. Применяется: освещение, фотоэффект, голография.
  • Ультрафиолетовые излучение. Источники: Солнце, космос, газоразрядная (кварцевая) лампа, лазер. Оно способно убивать болезнетворные бактерии. Применяется для закаливания живых организмов.
  • Рентгеновское излучение. Источник: солнечная корона, трубка Рентгена. Применяется в медицине для диагностики и лечения заболеваний (рентгенография), в технике для контроля внутренних структур деталей, сварных швов (дефектоскопия).
  • Гамма-излучение. Источники: космос, радиоактивные распад. Применяется в промышленности (дефектоскопия), в медицине (терапия и диагностика), в исследовании ядерных процессов, в военном деле.

Источник: http://kaplio.ru/elektromagnitnoe-pole-elektromagnitnye-volny-volnovye-svojstva-sveta-razlichnye-vidy-elektromagnitnyh-izluchenij-i-ih-prakticheskoe-primenenie/

Электромагнитные потенциалы в квантовом поле

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Рис. 1Д. Все потенциальные события существуют в квантовом поле в виде бесчисленных возможностей. Когда мы настроим свое электромагнитное излучение на волну, уже присутствующую в квантовом поле, наше тело будет притянуто к желаемому событию, мы передвинемся на новую линию времени, или же искомое событие само найдет нас в новой реальности.

Чтобы что-то изменить, думайте новыми мыслями о новых результатах

Схема проста: привычные, давно знакомые мысли и чувства удерживают нас в неизменном состоянии бытия, которое, в свою очередь, вновь и вновь провоцирует одни и те же модели поведения и создает одну и ту же реальность.

Поэтому, если мы хотим что-то изменить в своей реальности, нам придется думать, чувствовать и действовать по-новому и фактически «быть» другими, т. е. отказаться от привычных реакций на события. Нам нужно будет «стать» кем-то другим.

Нам понадобится новое состояние ума, способность думать новыми мыслями о новых результатах.

С позиций квантовой теории нам, как наблюдателям, надо перейти в новое состояние бытия и изменить свое электромагнитное излучение.

После этого мы попадем на волну одной из вероятных реальностей, которая пока существует в квантовом поле только в виде электромагнитного потенциала.

А когда наша сущность и наше излучение совпадут с электромагнитным потенциалом поля, нас притянет к этой вероятной реальности, или же она сама найдет нас.

Я знаю, как это грустно: ощущать, что жизнь представляет собой бесконечную череду незначительных вариаций одного и того же негативного сценария. Но пока вы не изменитесь как личность, пока не перенастроите исходящее от вас электромагнитное излучение, нечего и надеяться на иное.

Изменение жизни есть изменение энергии, т. е. фундаментальная перестройка мыслей и эмоций.

Чтобы добиться новых результатов, вам придется отвыкнуть от себя и создать новое Я.

Секрет изменений — в согласованности мыслей и чувств

Что общего между состоянием бытия и лазером? Эта параллель поможет проиллюстрировать еще одно правило, необходимое для изменения жизни.

Лазер — это сигнал с высокой когерентностью. Говоря о когерентном сигнале, физики имеют в виду, что этот сигнал состоит из волн, находящихся в одной фазе, — их впадины (низшие точки) и гребни (высшие точки) совпадают. А при совпадении волн их мощность значительно увеличивается.

Волны, из которых состоит сигнал, либо совпадают, либо не совпадают, т. е. либо когерентны, либо некогерентны. То же относится к мыслям и чувствам.

У вас наверняка бывали случаи, когда, пытаясь создать что-либо силой мысли, вы сознательно убеждали себя в успехе, но в глубине душе все же не верили в него. И что вы получали, отправив миру этот некогерентный противофазный сигнал? Ничего.

Читайте также:  Рождение новой культуры - студенческий портал

Вспомните результат, полученный центром «Математика сердца»: квантовое созидание действует только при условии согласованности мыслей и чувств.

Типы волн

Квантовая система в поле электромагнитной волны - Студенческий портал

Рис. 1Е. Мощность ритмичных синфазных волн гораздо выше, чем у волн, находящихся в противофазе.

Когерентность значительно усиливает мощность волн сигнала, и точно так же согласованность повышает эффективность мыслей и чувств. Когда четкие, сфокусированные мысли о цели сопровождаются глубокой эмоциональной вовлеченностью, вы посылаете более мощный электромагнитный сигнал, который притягивает вас к той из потенциальных реальностей, что соответствует вашим желаниям.

Я часто рассказываю участникам моих мастер-классов о своей горячо любимой бабушке.

Она была итальянкой старой закваски, и католические представления о первородном грехе были у нее в крови наравне с традицией приготовления томатного соуса для пасты.

Она постоянно молилась и осознанно думала о новой жизни, однако ощущение вины, впитанное с молоком матери, создавало помехи ее сигналу. Единственное, что появлялось в ее жизни, — это новые поводы чувствовать себя виноватой.

Если ваши намерения и желания не приводят к стабильным улучшениям, вероятно, вы посылаете в поле некогерентный, смешанный сигнал.

Вы можете желать богатства и думать «денежные» мысли, но, если вы ощущаете себя бедным, вам никогда не привлечь в свою жизнь финансовое изобилие. Почему? Потому, что мысли — это язык мозга, а чувства и ощущения — язык тела.

Вы думаете одно, а чувствуете другое. А если мозг и тело посылают противоречивые сообщения, квантовое поле не даст внятного ответа.

Когда же мозг и тело действуют сообща, когда мысли соответствуют чувствам, мы переходим в новое состояние бытия, и сигнал, который мы посылаем по невидимым каналам, является когерентным.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s150529t5.html

Квантовая теория поля на пальцах

Колебания в квантовом поле

Физика с греческого переводится — природа, все потому что физика описывает всевозможные природные процессы. Например: течение воды, горение и свечение огня, полет птицы, почему вода превращается в лед и так далее. Но это не значит, что объяснения всегда должны быть понятны.

Особенно трудны в понимании две теории:

  • E=mc2, потому что сложно понять как это, когда движущиеся часы идут медленней статичных или когда движущиеся объекты сжимаются;
  • Квантовая теория, потому что она говорит о том, что никакое измерение не может быть определенным и что в субатомном мире нет причинно следственной связи и там правит вероятность.

Интересно заметить то, что этим теориям уже больше ста лет, а современные теории гораздо странней. Но нам сейчас интересна квантовая теория поля и чтобы понять, что это такое, нам нужно для начала понять основные аспекты квантовой механики.

Основные аспекты квантовой механики и квантовой теории поля

Квантовая механика начинается с уравнения Шреденгера, которое было составлено в 1920 году:

В первую очередь это уравнение объясняет то, почему электроны вращаются по тем или иным орбиталям и почему они имеют соответствующие энергии.

Другими словами уравнение говорит о том, что электрон можно обнаружить одновременно везде в белом участке и не обнаружить в черном, в данный момент времени.

Но уравнение Шреденгера было лишь частью квантовой теории и оно не учитывало теорию относительности. Зато Шреденгер предсказал то, что движущиеся электроны создают вокруг себя электрическое поле.

Однако через несколько лет, другой математик Пол Дирак смог объединить квантовую механику и специальную теорию относительности. Он стремился создать полную квантовую теорию.

Впоследствии ему удалось, при помощи квантовой теории, описать электрическое поле вокруг протона. Позднее подобным методом были описаны все квантовые виды взаимодействий (сильные, слабые и электромагнитные).

Все эти три силы имеют точное описание, но все они примерны того, что мы называем теорией квантового поля.

Хоть и эти силы четко разграничены друг от друга, все они подчиняются квантовым правилам, одно из которого говорит, что все субатомные частицы можно рассматривать, как порождаемые полем.

А частицы, которые мы наблюдаем — это локальные колебания поля. Поэтому, согласно квантовой теории поля, субатомный мир — это мир, где повсюду существует несчетное количество полей, а частицы — это локальное колебание этого поля, постоянно перемещающегося со временем.

Предположим, что есть электрон, двигающийся по прямой. Электрон — это локальные колебания электронного поля. Согласно квантовой теории электронное поле создает колебания фотонного поля, тем самым порождая фотонное поле, которое затем удаляется.

Вот каковы основные аспекты квантовой теории поля.

Квантовая физика предсказывает, что в обычном пространстве присутствует множество полей для всех известных субатомных частиц и что локальные колебания могут быть обнаружены где угодно.

Локальные поля могут контактировать между собой, это объясняет то, как частицы создаются и уничтожаются. По сути, энергия от колебания создает вокруг себя поле, которое порождает уже другие поля другого типа.

Telegram: https://t.me/different_angle

Яндекс.Дзен: https://zen.yandex.ru/media/id/5a7df370e86a9e6bc2c0c713

Канал не позиционирует себя как источник стопроцентно правдивой информации, а лишь претендует быть таковым.

Предложить свою статью, замечание или просто написать автору: @different_angle_bot

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a7df370e86a9e6bc2c0c713/5b2cd38176c30300a8a10d01

Квантовая система в поле электромагнитной волны

В качестве квантовой системы может выступать атом, ядро, молекула, электронная подсистема твердого тела.

В том случае, если атом поместить во внешнее электромагнитное поле, то ᴇᴦο энергетическое состояние изменится. При ϶том всœе энергетические уровни сместятся на величину riangle E , которая зависит от напряженности приложенного поля.

Возникновение выделенных направлений в пространстве вдоль векторов overrightarrow{E}и overrightarrow{B} ведет к тому, что происходит расщепление уровня с заданным моментом импульса на совокупность компонент с разными проекциями ( J_z ) полного момента overrightarrow{J}.

Смещение энергоуровней атома под воздействием внешнᴇᴦο электрического поля называется эффектом Штарка. Смещение энергоуровней атома под воздействием внешнᴇᴦο магнитного поля называется эффектом Зеемана.

  • Допустим, что атом описывается гамильтонианом {hat{H}}_0 и известна совокупность собственных функций ( Psi_n ) и собственных значений ( E_n ) данного оператора Гамильтона, которые удовлетворяют уравнению:
  • Опишем электромагнитную волну, в которую поместим атом при помощи уравнений:
  • Электромагнитная волна (в вакууме, поле считаем однородным) действует на электрон атома с силой, равнои̌:
  • Будем считать, что поле слабое, при ϶том электрон нерелятивистским. Следует отметить, что так как рассматриваем электромагнитную волну в вакууме, то магнитная и электрическая силы (4) связаны соотношением:

где alpha — постоянная тонкой структуры. Из выражения (5) можно сделать вывод о том, что магнитнои̌ составляющей силы overrightarrow{F} (4) можно пренебречь. Отсюда следует, что, считаем, что на электрон атома действует только электрическое поле волны. Допустим, что длина волны электромагнитного излучения равна:

И она существенно больше, чем размер квантовой системы ( a ):

В том случае, если требуется рассмотреть взаимодействие рентгеновского излучения с квантовой системой, то необходимо учесть пространственную неоднородность поля электромагнитнои̌ волны.

Условия (5) и (7) являются условиями применимости электрического дипольного приближения исследований взаимодействия квантовой системы с полем электромагнитнои̌ волныСтоит отметить, основные положения такого приближения заключены:

  • в пренебрежении воздействием магнитного поля на квантовую систему;
  • в возможности не учитывать напряженности электрического поля волны в пространстве в рамках размера квантовой системы.
  1. Энергия взаимодействия атома с внешним электрическим полем (W) может быть определена как:
  2. где overrightarrow{d}=q_esumlimits_i{{overrightarrow{r}}_i} — дипольный момент атома как системы зарядовВажно сказать, что для одного электрона имеем:
  3. где overrightarrow{r} — координата электрона в атоме (совместим начало координат с ядром).
  4. Если мы рассматриваем классическую квантовую теорию, то выражение (9) перепишем в операторном виде:
  • Рассматривая линейную поляризацию поля, направим ось Z по направлению вектора overrightarrow{E}. В таком случае, выражение (11) предстанет в виде:
  • Значит, применяя описанные выше приближения, оператор Гамильтона можно записать как:
  • Изменение квантовой системы со временем под воздействием поля электромагнитнои̌ волны будет описываться решением уравнения Шредингера вида:
  • будет описываться решениями уравнения Шредингера вида:

Пример 1

  1. Задание: Каково условие применимости теории возмущений по взаимодействию квантовой системы с полем электромагнитнои̌ волны относительно напряженности приложенного поля?
  2. Решение:
  3. Энергию взаимодействия атомного ядра и электрона атома ( U ) можно оценить при помощи соотношения:
  4. где r_B — Боровский радиус.

[Usim frac{q^2_e}{r_B}left(1.1
ight),] [Wsim q_er_BEleft(1.2
ight).]

При условии величины напряженности электрического поля (E) :

[Ell frac{q_e}{r^2_B} left(1.3
ight)-]

дополнительная энергия, которая возникает в результате взаимодействия электромагнитного поля и атома малы в сравнении с внутриатомнои̌ энергией. При заданных условиях действие внешнᴇᴦο электромагнитного поля можно рассматривать как малую поправку и учитывать, используя теорию возмущений.

Величина равная:

[E_a=frac{q_e}{r^2_B}approx 5cdot {10}^9left(frac{В}{см}
ight)]

есть напряженность электрического поля внутри атома. По϶тому условие (1.3) означает решение задачи в соответствии с теорией возмущения возможно, если напряженность поля электромагнитнои̌ волны в ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ помещают квантовую систему много меньше, чем E_a.

Пример 2

Задание: Объясните, возможно ли использование электрического дипольного приближения анализа взаимодействия gamma — излучения и атомного ядра.

Решение:

Характернои̌ энергией нуклонов в атомных ядрах величина равная нескольким MэВ. При ϶том нуклоны являются нерелятивистскими. Энергия покоя нуклона составляет порядка {10}^3МэВ . Энергия gamma — квантов равна E_{gamma }approx 1-10МэВ , тогда соответствующие длины волн lambda approx {10}^{-10}-{10}^{-11}см , что больше, чем размер ядра атома ( R_Napprox {10}^{-13}-{10}^{-12}см ).

Получаем, что условия возможности применения электрического дипольного приближения обычно выполняются анализа взаимодействия gamma — излучения и атомного ядра.

Источник: http://referatwork.ru/info-lections-55/tech/view/1727_kvantovaya_sistema_v_pole_elektromagnitnoy_volny

Ссылка на основную публикацию