Фотонародження електрон-позитронної пари через поляризаційний каскад у сильному магнітному полі
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.3.187Ключові слова:
фотонародження e−e пари, поляризацiя вакууму, квантова електродинамiка, сильне магнiтне полеАнотація
У роботi дослiджено процес фотонародження e−e+ пари з врахуванням поляризацiйного каскаду (народження та послiдовної анiгiляцiї пари в один фотон) в сильному магнiтному полi. Проаналiзовано кiнематику та отримано вираз для загальної амплiтуди процесу. Знайдено радiацiйну поправку при народженнi пари фотоном на найнижчi рiвнi Ландау для випадку, коли енергiя початкового фотона має
значення, близьке до порогового. Проведено порiвняння з процесом народження e−e+ пари одним фотоном.
Посилання
J.K. Daugherty, A.K. Harding. Electromagnetic cascades in pulsars. Astrophys. J. 252, 337 (1982). https://doi.org/10.1086/159561
P.A. Sturrock, A.K. Harding. Cascade model of gamma-ray bursts. Astrophys. J. 346, 950 (1989). https://doi.org/10.1086/168075
J.K. Daugherty, A.K. Harding. Gamma-ray pulsars: Emission from extended polar cap cascades. Astrophys. J. 458, 278 (1996). https://doi.org/10.1086/176811
P.A. Sturrock, A.K. Harding. A model of pulsars. Astrophys. J. 164, 529 (1971). https://doi.org/10.1086/150865
J.K. Daugherty. A.K. Harding. Pair production in superstrong magnetic fields. Astrophys. J. 273, 761 (1983). https://doi.org/10.1086/161411
A.K. Harding. Physics in strong magnetic fields near neutron stars. Science 251, 1033 (1991). https://doi.org/10.1126/science.251.4997.1033
H. Euler, B. Kockel, The scattering of light by light in the Dirac theory. Naturwissenschaften 23, 246 (1935). https://doi.org/10.1007/BF01493898
W. Heisenberg, H. Euler. Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons. Z. Phys. 98, 714 (1936). https://doi.org/10.1007/BF01343663
J. Schwinger. On gauge invariance and vacuum polarization. Phys. Rev. 82, 664 (1951). https://doi.org/10.1103/PhysRev.82.664
I.A. Batalin, A.E. Shabad. Green's function of a photon in a constant homogeneous electromagnetic field of general form. JETP 33, 483 (1971).
S. Adler. Photon splitting and photon dispersion in a strong magnetic field. Ann. Phys. 67, 599 (1971). https://doi.org/10.1016/0003-4916(71)90154-0
W. Tsai. Vacuum polarization in homogeneous magnetic fields. Phys. Rev. D 10, 2699 (1974). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.10.2699
V.M. Katkov. Polarization operator of a photon in a magnetic field. Zh. ' Eksp. Teor. Fiz. 150, 229 (2016) (in Russian).
W. Tsai, T. Erber. Propagation of photons in homogeneous magnetic fields: Index of refraction. Phys. Rev. D 15, 1132 (1975). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.12.1132
K. Kohri, S. Yamada. Polarization tensors in strong magnetic fields. Phys. Rev. D 65, 043006 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.65.043006
K. Hattori, K. Itakura. Vacuum birefringence in strong magnetic fields: (I) Photon polarization tensor with all the Landau levels. Ann. Phys. 330, 23 (2013). https://doi.org/10.1016/j.aop.2012.11.010
K. Hattori, K. Itakura. Vacuum birefringence in strong magnetic fields: (II) Complex refractive index from the lowest Landau level. Ann. Phys. 334, 58 (2013). https://doi.org/10.1016/j.aop.2013.03.016
A. Shabad. Photon dispersion in a strong magnetic field. Ann. Phys. 90, 166 (1975). https://doi.org/10.1016/0003-4916(75)90144-X
M. Diachenko, O. Novak, R. Kholodov. A cascade of e−e+ pair production by a photon with subsequent annihilation to a single photon in a strong magnetic field. Laser Phys. 26, 066001 (2016). https://doi.org/10.1088/1054-660X/26/6/066001
M. Diachenko, O. Novak, R. Kholodov. Vacuum birefringence in supercritical magnetic fields. Ukr. J. Phys. 64, 179 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.3.181
G. Calucci, R. Ragazzon. Nonlogarithmic terms in the strong field dependence of the photon propagator. J. Phys. A 27, 2161 (1994). https://doi.org/10.1088/0305-4470/27/6/036
V.P. Gusynin, V.A. Miransky, I.A. Shovkovy. Dimensional reduction and catalysis of dynamical symmetry breaking by a magnetic field. Nucl. Phys. B 462, 249 (1996). https://doi.org/10.1016/0550-3213(96)00021-1
M. Diachenko, O. Novak, E. Padusenko, R. Kholodov. Vacuum birefringence in the fields of a current coil and a guided electromagnetic wave. Ukr. J. Phys. 63, 979 (2018). https://doi.org/10.15407/ujpe63.11.979
E. Zavattini, G. Zavattini, G. Ruoso et al. New PVLAS results and limits on magnetically induced optical rotation and ellipticity in vacuum. Phys. Rev. D 77, 032006 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.77.032006
F. Della Valle, E. Milotti, A. Ejlli et al. First results from the new PVLAS apparatus: A new limit on vacuum magnetic birefringence. Phys. Rev. D 90, 092003 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.90.092003
F. Della Valle, A. Ejlli, U. Gastaldi et al. The PVLAS experiment: measuring vacuum magnetic birefringence and dichroism with a birefringent Fabry-Perot cavity. Eur. Phys. J. C 76, 24 (2016). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-015-3869-8
H.P. Schlenvoigt, T. Heinzl, U. Schramm et al. Prospects for studying vacuum polarisation using dipole and synchrotron radiation. Phys. Scr. 91, 023010 (2016).
O. Tesileanu, D. Ursescu, R. Dabu, N. V. Zamfir. Extreme light infrastructure. J. Phys.: Conf. Ser. 420, 012157 (2013). https://doi.org/10.1088/1742-6596/420/1/012157
R.P. Mignani, V. Testa, D. Gonzalez Caniulefet et al. Evidence for vacuum birefringence from the first opticalpolarimetry measurement of the isolated neutron star RX J1856.5-3754. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 465, 492 (2017). https://doi.org/10.1093/mnras/stw2798
N.P. Klepikov. Radiation of photons and electron-positron pairs in a magnetic field. Zh. ' Eksp. Teor. Fiz. 26, 19 (1954) (in Russian).
V.N. Baier, V.M. Katkov. Processes involved in the motion of high energy particles in a magnetic field. Sov. Phys. - JETP 26, 854 (1968).
V.N. Baier, V.M. Katkov. Quasiclassical theory of bremsstrahlung by relativistic particles. Sov. Phys. - JETP 28, 807 (1969).
V.N. Baier, V.M. Katkov. Pair creation by a photon in a strong magnetic field. Phys. Rev. D 75, 07300 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.75.073009
L. Semionova, D. Leahy. Remarks concerning pair creation in strong magnetic fields. Astron. Astrophys. 373, 272 (2001). https://doi.org/10.1051/0004-6361:20010491
O.P. Novak, R.I. Kholodov. Polarization effects in the photon-induced process of electron-positron pair creation in a magnetic field, studied in the ultra-quantum-mechanical approximation. Ukr. J. Phys. 53, 185 (2008).
O.P. Novak, R.I. Kholodov. Spin-polarization effects in the processes of synchrotron radiation and electron-positron pair production by a photon in a magnetic field. Phys. Rev. D 80, 025025 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.80.025025
V.V. Skobelev. On photon propagation in a magnetic field. Zh. ' Eksp. Teor. Fiz. 73, 1301 (1977) (in Russian).
M. Dyachenko, O. Novak, R. Kholodov. Resonant thresh-old two-photon e−e+ pair production onto the lowest Landau levels in a strong magnetic field. Ukr. J. Phys. 59, 849 (2014). https://doi.org/10.15407/ujpe59.09.0849
M.M. Diachenko, O.P. Novak, R.I. Kholodov. Resonant generation of an electron-positron pair by two photons to excited Landau levels. JETP 121, 813 (2015). https://doi.org/10.1134/S1063776115110126
M.M. Diachenko, O.P. Novak, R.I. Kholodov. Pair production in a magnetic and radiation field in a pulsar magnetosphere. Mod. Phys. Lett. A 30, 1550111 (2015). https://doi.org/10.1142/S0217732315501114
O.P. Novak, R.I. Kholodov, P.I. Fomin. Electron-positron pair production by an electron in a magnetic field near the process threshold. JETP 110, 978 (2010). https://doi.org/10.1134/S1063776110060075
O.P. Novak, R.I. Kholodov. Electron-positron pair production by an electron in a magnetic field in the resonant case. Phys. Rev. D 86, 105013 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.86.105013
M.M. Diachenko, R.I. Kholodov. Energy losses of positive and negative charged particles in electron gas. Mod. Phys. Lett. A 32, 1750031 (2017). https://doi.org/10.1142/S0217732317500316
V. Skalozub. Induced color charges, effective yyG vertex in QGP. Applications to heavy-ion collisions. Ukr. J. Phys. 64, 754 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.8.754
V.B. Berestetskii, E.M. Lifshitz, L.P. Pitaevskii, Relativistic Quantum Theory (Pergamon Press, 1982).
A. Chodos, K. Everding, D.A. Owen. QED with a chemical potential: The case of a constant magnetic field. Phys. Rev. D 42, 2881 (1990). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.42.2881
V.P. Gusynin, V.A. Miransky, I.A. Shovkovy. Dynamical chiral symmetry breaking by a magnetic field in QED. Phys. Rev. D 52, 4747 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.52.4747
D.B. Melrose, A.J. Parle. Quantum electrodynamics in strong magnetic fields. I. Electron states. Aust. J. Phys. 36, 755 (1983). https://doi.org/10.1071/PH830755
P.I. Fomin, R.I. Kholodov. To the theory of resonance quantum-electrodynamic processes in an external magnetic field. Ukr. Fiz. Zh. 44, 1526 (1999) (in Ukrainian).
N.N. Bogoliubov, D.V. Shirkov. Introduction to the Theory of Quantized Field. (Interscience, 1959).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
