双極子放射と多極子放射

振動する双極子は最も単純な放射体であり、多極子展開はあらゆる局在化された源からの放射を体系化します。

Definition

局在化された時間変動する源からの放射を、電気双極子、磁気双極子、電気四極子、およびそれ以上の高次項といった多極子寄与の系列として記述すること。それぞれの寄与は特徴的な角度パターンと電力を持ち、小さな源では最低次の非零項が支配的となります。

Scope

このトピックでは、電気双極子放射と磁気双極子放射、それらの角度分布、総放射電力と周波数依存性、局在化された振動源からの放射の系統的な多極子展開、および連続する多極子次数の相対的な強度について扱います。これは、長波長領域における分子、アンテナ、および原子核からの放出を分析するための標準的なツールを提供します。

Core questions

• 振動する電気双極子の放射パターンと電力はどのようなものですか？
• 磁気双極子放射と高次多極子放射の強度はどのように比較されますか？
• 多極子展開は一般的な源からの放射をどのように体系化しますか？

Key concepts

• 電気双極子放射
• 磁気双極子放射
• 電気四極子放射
• 多極子展開
• 角度分布
• 放射電力のスケーリング

Key theories

電気双極子放射

振動する電気双極子は、特徴的な角度パターンと、双極子モーメントの2乗および周波数の4乗に比例する総電力で放射します。これは主要かつ通常は支配的な放射項です。

放射の多極子展開

局在化された源からの放射は、次数が増加する電気および磁気多極子に展開され、各連続する次数は通常、波長に対する源のサイズに関連する係数によって弱くなります。

Clinical relevance

多極子放射理論は、原子および分子の放出と吸収、アンテナの放射パターン、分光法における双極子遷移の優位性、ならびに化学および天体物理学におけるスペクトルを解釈するために使用される選択則を説明します。

History

ヘルツは1888年の実験で振動する双極子の放射を分析し、放射システムの最初の詳細な描写を提供しました。系統的な多極子展開は、電磁気学理論が成熟するにつれて発展し、原子および核放射にとって不可欠なものとなりました。

Key figures

• Heinrich Hertz
• Joseph Larmor
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• jackson1998
• landau1975

Frequently asked questions

なぜ電気双極子放射が通常支配的なのですか？

波長よりもはるかに小さい源の場合、高次の多極子項はそれぞれ弱くなるため、電気双極子モーメントが対称性によって消滅しない限り、放射電力は電気双極子放射が支配的となります。

双極子放射はなぜ周波数とともに急激に増加するのですか？

振動する双極子の放射電力は周波数の4乗に比例するため、高周波の振動ははるかに効率的に放射し、散乱された太陽光の青い色のような現象の根底にあります。