放射光（シンクロトロン放射）について詳しい方お願いします。

質問

放射光について勉強していましてわからない点がありましたので、どなたか教えてください。

シンクロトロン放射において、
・電子の進行方向を中心として１/γ（＊γ：ローレンツ因子）の広がり角度を持つのはなぜか？
・電子の軌道面内で観測すると直線偏光、軌道面からずれると楕円偏光になるのはなぜか？
・光源として偏光電磁石、ウィグラーを用いた場合は連続光を放出し、アンジュレータを用いた場合は磁場周期に対応した波長の準単色光となるのはなぜか？

以上３点いずれかだけでも良いのでよろしくお願いいたします。

回答No.1

atomicmolecule

反応がないようなので書きます。参考文献ですが、ジャクソンの電磁気学なら全ての答え、又はヒントが載っていると思いますので調べてみてください。電磁気に関係した仕事をしている人のバイブルといってもいいでしょう。

基本となる公式はLienard-Wiechertポテンシャルと呼ばれているものです。その公式が電磁波放射の全てといっても良い思います。LWポテンシャルを計算すると（１）の答えは自然にでてきます。あえて質問しているところを見ると、計算したら出てくるということは納得済みだと思うので少し物理的な解釈をつけてくれと言う要求だと思います。それで色々考えたんですが、電磁気から離れて１０年以上経った私の古い脳ミソではなかなかいろんなことを分りやすくまとめることができませんでした。分ることだけ少し・・・まずθ～1/γのピークは電磁波が電子から放射であるための1/(1-βcos(θ))の因子からきます。これは電磁波を前方に放射する電子が多いことを意味しています（高エネルギーでβ～１）。なぜかというとエネルギーと運動量の保存則から

Pe^2=(k+Pe')^2
(電子の運動量２乗はゼロ：Pe^2=Pe'^2～0、
と光子の運動量k^2=0を使えば）
0～2Pe'.k =2Ee' Ek(1-cos(θ)) →cos(θ)=1

が要求されるからです。それではθ=0が一番電磁波放射が強い事になりますが、ＬＷポテンシャルを見ればその他の因子があることに気がつきます。その因子は（たぶん）電磁波の横波性を保証する因子で、物理的に理解できるはずなんですが・・・・私の能力の限界で、これ以上進みませんでした。

力になれませんが、何とか頑張って納得してください。是非ジャクソンに目を通してください。誰かが助けてくれるのを待つのもいいでしょうが、いずれ自分で切り開いていかなければならない日が来るでしょうから、是非自力でがんばってみてください。

お礼

ご返答ありがとうございます。
調べるべき項目を示していただいたのはとても助けになりました。
さっそく自分で切り開いてみます！！！

また機会ありましたらよろしくおねがいします。