Logo
Logo

Циклотронное поглощение

A1  ?? Получите уравнения движения для электрона в виде
\[\begin{cases}\ddot{X} = \dots\\ \ddot{Y} = \dots\end{cases}\]

Ответ: На электрон действует сила Лоренца:
\[\begin{cases}
\ddot{X} = \frac{eB}{m} \dot{Y} \\
\ddot{Y} = -\frac{eB}{m} \dot{X}
\end{cases}\]
A2  ?? Проинтегрируйте второе уравнение по времени, и с помощью подстановки получите уравнение гармонических колебаний
\[ \ddot{X} + \omega_0^2 X = C.\]Выразите $\omega_0$ через $m$, $e$ и $B$.

Проинтегрировав второе уравнение, получим
\[ \dot{Y} = -\frac{eB}{m} (X-X_0).\]Тогда, если сделать замену $X \to X + X_0$:
\[\ddot{X}+\left( \frac{eB}{m} \right)^2 X = 0\]

Ответ: \[\omega_0 = \frac{eB}{m}\]
A3  ?? Аналогично пункту A1 получите уравнение движения для $x(t)$ и $y(t)$.

Ответ: \[
\begin{cases}
\ddot{X} + \ddot{x} = \omega_0 (\dot{Y} + \dot{y}) - \frac{eE}{m} e^{i \omega t} \\
\ddot{Y} + \ddot{y} = -\omega_0 (\dot{X} + \dot{x})
\end{cases}\]
A4  ?? Аналогично пункту A2 избавьтесь от $y$ и получите уравнение вынужденных колебаний для $x(t)$.

Ответ: \[\ddot{x}+ \omega_0^2x = -\frac{eE}{m}e^{i\omega t}\]
A5  ?? Чему равна частота ЭМ поля $\omega$ в том случае, когда наблюдается резонанс?

Подставим решение $x=A e^{i \omega t}$, соответствующее вынужденным колебаниям:
\[ A \left( (i \omega)^2 + \omega_0^2 \right) e^{i \omega t}= - \frac{eE}{m} e^{i \omega t}\]Резонанс наблюдается при $\omega=\omega_0$.

A6  ?? С квантовой точки зрения объясните наличие нескольких линий поглощения. Найдите среднее магнитное поле $B$ на поверхности пульсара V0332+53.

Если система может поглощать ЭМ поле с частотой $\omega$, то она может поглощать фотоны с энергией $\hbar \omega$. Фотон с энергией $n \hbar \omega$ система может поглотить за $n$ рассеяний с поглощением части энергии.

Линии поглощения (272 rev) находится на энергиях $E_\mathrm{cycl}=26~\text{кэВ}$ и $2E_\mathrm{cycl}=50~\text{кэВ}$, чему соответствует магнитное поле
\[ B = \frac{m E_\mathrm{cycl}}{\hbar e}=2 \cdot 10^{8}~\text{Тл}\]