Большая Советская Энциклопедия (ИЗ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ". Страница 24

  Электрическое квадрупольное и высшие мультипольные И. Если у системы зарядов дипольное И. отсутствует, например из-за равенства дипольного момента нулю, то необходимо учитывать следующее приближение, в котором система зарядов — источник И. — рассматривается как квадруполь , т. е. четырехполюсник. Простейший квадруполь — 2 диполя, имеющие равные по величине и противоположные по направлению моменты. Ещё более детальное описание излучающей системы зарядов даёт рассмотрение последующих приближений, в которых распределение зарядов описывается мультиполями (многополюсниками) высших порядков (диполь называется мультиполем 1-го, квадруполь — 2-го и т. д. порядков).

  Важно отметить, что в каждом последующем приближении интенсивность И. примерно в (v /c )² меньше, чем в предыдущем (если, конечно, последнее не отсутствует по каким-либо причинам). Если излучатель — нерелятивистский, т. е. все заряды имеют скорости, много меньшие, чем световая (v /c << 1), то главную роль играет низшее неисчезающее приближение. Так, если имеется дипольное И., оно является основным, а все остальные высшие мультипольные поправки крайне малы и их можно не учитывать. В случае же И. релятивистских частиц описание И. с помощью мультиполей становится неэффективным, так как вклад мультиполей высших порядков перестаёт быть малым.

  Магнитное дипольное И. Кроме электрических диполей и высших мультиполей, источниками И. могут быть также магнитные диполи и мультиполи (как правило, основным является дипольное магнитное И.). Картина распределения магнитного поля на больших расстояниях от контура, по которому протекает ток, порождающий это поле, подобна картине распределения электрического поля вдали от электрического диполя. Аналог дипольного электрического момента — дипольный магнитный момент М — определяется силой тока I в контуре и его геометрией. Для плоского контура абсолютная величина момента М = (e /c ) IS , где S — площадь, охватываемая контуром. Формулы для интенсивности магнитного дипольного И. почти такие же, как и для электрического, только вместо электрического дипольного момента d в них стоит магнитный момент М. Так, если магнитный момент изменяется по гармоническому закону М = M sin wt (для этого должна гармонически меняться сила тока I в контуре), то усреднённая по времени интенсивность И. равна:

здесь M — амплитуда магнитного момента M .

  Отношение магнитного дипольного момента к электрическому имеет порядок v /c, где v — скорость движения зарядов, образующих ток; отсюда вытекает, что интенсивность магнитного дипольного И. в (v /c )² раз меньше, чем дипольного электрического, если, конечно, последнее присутствует. Таким образом, интенсивности магнитного дипольного и электрического квадрупольного И. имеют одинаковый порядок величины.

  И. релятивистских частиц. Одним из важнейших примеров такого И. является синхротронное И. заряженных частиц в циклических (кольцевых) ускорителях. Резкое отличие от нерелятивистского И. проявляется здесь уже в спектральном составе И.: если частота обращения заряженной частицы в ускорителе равна w (нерелятивистский излучатель испускал бы волны такой же частоты), то интенсивность её И. имеет максимум при частоте w_макс ~ g³ w, где g = [1 — (v /c )² ]^-1/2 , т. е. основная доля И. при v ® с приходится на частоты, более высокие, чем w. Такое И. направлено почти по касательной к орбите частицы, в основном вперёд по направлению её движения.

  Ультрарелятивистская частица может излучать электромагнитные волны, даже если она движется прямолинейно и равномерно (но только в веществе, а не в пустоте!). Это И., названное Черенкова — Вавилова излучением , возникает, если скорость заряженной частицы в среде превосходит фазовую скорость света в этой среде (u_фаз = c /n , где n — показатель преломления среды). И. появляется из-за того, что частица «перегоняет» порождаемое ею поле, отрывается от него.

  Квантовая теория излучения. Выше уже говорилось, что классическая теория даёт лишь приближённое описание процессов И. (весь физический мир в принципе является «квантовым»). Однако существуют и такие физические системы, И. которых невозможно даже приближённо описать в согласии с опытом, оставаясь на позициях классической теории. Важная особенность таких квантовых систем, как атом или молекула, заключается в том, что их внутренняя энергия не меняется непрерывно, а может принимать лишь определённые значения, образующие дискретный набор. Переход системы из состояния с одной энергией в состояние с другой энергией (см. Квантовые переходы ) происходит скачкообразно; в силу закона сохранения энергии система при таком переходе должна терять или приобретать определённую «порцию» энергии. Чаще всего этот процесс реализуется в виде испускания (или поглощения) системой кванта И. — фотона . Энергия кванта e_g = ћ w, где ћ — Планка постоянная (ћ = 1,05450×10^-27эрг ×сек ), w — круговая частота. Фотон всегда выступает как единое целое, испускается и поглощается «целиком», в одном акте, имеет определённую энергию, импульс и спин (проекцию момента количества движения на направление импульса), т. е. обладает рядом корпускулярных свойств. В то же время фотон резко отличается от обычных классических частиц тем, что у него есть и волновые черты. Такая двойственность фотона представляет собой частное проявление корпускулярно-волнового дуализма .

  Последовательной квантовой теорией И. является квантовая электродинамика (см. Квантовая теория поля ). Однако многие результаты, относящиеся к процессам И. квантовых систем, можно получить из более простой полуклассической теории И. Формулы последней, согласно соответствия принципу , при определённом предельном переходе должны давать результаты классической теории. Таким образом, устанавливается глубокая аналогия между величинами, характеризующими процессы И. в квантовой и классической теориях.

  И. атома. Система из ядра и движущегося в его кулоновском поле электрона должна находиться в одном из дискретных состояний (на определённом уровне энергии). При этом все состояния, кроме основного (т. е. имеющего наименьшую энергию), неустойчивы. Атом, находящийся в неустойчивом (возбуждённом) состоянии, даже если он изолирован, переходит в состояние с меньшей энергией. Этот квантовый переход сопровождается испусканием фотона; такое И. называется спонтанным (самопроизвольным). Энергия, уносимая фотоном e_g = ћ w, равна разности энергии начального i и конечного j состояний атома (e_i > e_j , e_g = e_i — e_j ); отсюда вытекает формула Н. Бора для частот И.:

  Важно отметить, что такие характеристики спонтанного И., как направление распространения (для совокупности атомов — угловое распределение их спонтанного И.) и поляризация, не зависят от И. других объектов (внешнего электромагнитного поля).

  Формула Бора (6) определяет дискретный набор частот (и следовательно, длин волн) И. атома. Она объясняет, почему спектры И. атомов имеют хорошо известный «линейчатый» характер — каждая линия спектра соответствует одному из квантовых переходов атомов данного вещества.

  Интенсивность И. В квантовой теории, как и в классической, можно рассматривать электрические дипольное и высшие мультипольные И. Если излучатель нерелятивистский, основным является электрическое дипольное И., интенсивность которого определяется формулой, близкой к классической: