EFFECT OF RADIATION FROM VACUUM IN THE INTERACTION OF ZERO-POINT FLUCTUATIONS WITH CHARGED PARTICLES ACCELERATED IN ELECTRIC OR MAGNETIC FIELDS

ЭФФЕКТ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ВАКУУМА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ НУЛЕВЫХ КОЛЕБАНИЙ ВАКУУМА С ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ, УСКОРЕННО ДВИЖУЩИМИСЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЛИ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

 

Ulanovsky Ya . B ., Doctor of Technical Sciences, graduate of the Department of Physical Chemistry of MISiS, Moscow, info@scienmet.ru

Frolov A.M., graduate of the Faculty of Physics of Moscow State University. Lomonosov, Moscow, retrokin@rambler.ru

 

Улановский Яков Бенедиктович, д.т.н, выпускник кафедры физической химии МИСиС, г. Москва, info@scienmet.ru

Фролов Александр Михайлович, выпускник физического факультета МГУ им. Ломоносова, г. Москва, retrokin@rambler.ru

 

Abstract. The possibility of the effect of electromagnetic radiation (hereinafter — radiation from vacuum) due to the interaction of zero-point vacuum fluctuations with free charged particles accelerated at relativistic speeds in electric or magnetic fields is theoretically demonstrated and confirmed by calculations. The proposed effect is similar to the appearance of radiation in the Lamb shift effect in the hydrogen atom and the dynamical Casimir effect. However, unlike these effects, the radiation characteristics depend on the induction of electric or magnetic fields. Moreover, in order to comply with the law of conservation of momentum, the braking radiation of charged particles is considered as the “third body”. As opposed to this bremsstrahlung, radiation from vacuum will not have a preferred direction.

Analytical expressions describing the radiation characteristics were obtained using a semi-classical method. The calculated values of the energy and intensity of radiation from vacuum demonstrate the possibility of using optical methods to determine the characteristics of such radiation in strong electric or magnetic fields. The results of the work can be used in studies of astrophysical objects with powerful electric or magnetic fields, as well as in investigations of physical vacuum states under laboratory conditions.

Аннотация. Теоретически показана и подтверждена расчетами возможность эффекта возникновения электромагнитного излучения (далее, излучение из вакуума) при взаимодействии нулевых колебаний вакуума со свободными заряженными частицами, ускоренно движущимися с релятивистской скоростью в электрических или магнитных полях. Предложенный эффект аналогичен возникновению излучения в эффекте сдвига Лэмба в атоме водорода и динамическом эффекте Казимира. Но, в отличие от них, характеристики излучения зависят от индукции электрического или магнитного полей. Причем, для соблюдения закона сохранения импульса, в качестве «третьего тела» рассматривается тормозное излучение заряженных частиц. Излучение из вакуума, в отличие от тормозного излучения будет иметь преимущественное направление

Аналитические выражения, описывающие характеристики излучения получены с использованием полуклассического метода. Вычисленные величины энергии и интенсивности излучения из вакуума показывают, что в сильных электрических или магнитных полях характеристики такого излучения могут быть измерены оптическими методами. Результаты работы могут быть использованы при исследованиях астрофизических объектов c мощными электрическими или магнитными полями, а также в исследованиях физических состояний вакуума в лабораторных условиях.

Keywords: zero-point oscillations, electrons, photons, bremsstrahlung, vacuum, magnetic field, electric field, Lamb shift effect, effect of radiation, physical effect

Ключевые слова: нулевые колебания, электрон, фотоны, тормозное излучение, вакуум, магнитное поле, электрическое поле, сдвиг Лэмба, эффект излучения, физический эффект

References

1. Berestetsky V.B., Akhiezer A.I., Quantum electrodynamics, Moscow, Nauka, 2002, p. 335
2. F. Barranco¹, G. Potel², E. Vigezzi³, and R. A. Broglia,. arXiv:1904.02786v1 [nucl-th] 4 Apr 2019
3. V. DodonovCurrent status of the Dynamical Casimir Effect arXiv:1004.3301v2 (quant-ph) [Submitted on 19 Apr 2010 (v1), last revised 24 Oct 2010 (this version, v2)]
4. V. Dedkov, A.A. Kyasov The dynamic Casimir–Polder force in relativistic motion of an atom near the surface of a thick plate, Solid State Physics, 2012, volume 54, issue 4, p.781
5. Toptygin I.N. Modern electrodynamics Part 1. 2002, pp. 311- 437.
6. D. Landau, E.M. Lifshits, Field Theory, vol.2, 1988, pp. 247–285
7. B. Migdal “Qualitative methods in quantum theory”, M., Nauka, 1975, ch. 1, pp. 68–71

Список литературы

1. Берестецкий В.Б., Ахиезер А.И., Квантовая электродинамика, Москва, «Наука», 2002, с. 335
2. F. Barranco1, G. Potel2, E. Vigezzi3, and R. A. Broglia,. arXiv:1904.02786v1 [nucl-th] 4 Apr 2019
3. V. Dodonov Current status of the Dynamical Casimir Effect arXiv:1004.3301v2 (quant-ph) [Submitted on 19 Apr 2010 (v1), last revised 24 Oct 2010 (this version, v2)]
4. Г.В. Дедков, А.А. Кясов Динамическая сила Казимира–Полдера при релятивистском движении атома вблизи поверхности толстой пластины, Физика твердого тела, 2012, том 54, вып. 4, с.781
5. Топтыгин И.Н. Современная электродинамика Часть 1. 2002, с. 311- 437 .
6. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Теория поля, т.2,1988, с. 247-285
7. А. Б. Мигдал «Качественные методы в квантовой теории», М., «Наука», 1975, гл. 1, с. 68—71