Radiation of a Solitary Polarization Pulse Moving at the Speed of Light

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Photons have zero rest mass and always travel at the speed of light in a vacuum, but have no dipole moment. Atoms and molecules, which may have a constant or variable dipole moment, have mass and therefore cannot move at or above the speed of light. As a result, the radiation from such systems moving at the velocity of light was not considered. However, it is possible to create many artificial objects (light spots, effective charges, current pulses, etc.) that can travel at the speed of light and even exceed it. In this case, they become a source of electromagnetic radiation. In this work, the radiation of a solitary polarization pulse that travels at the speed of light and has a variable or constant amplitude is discussed. It is shown that if the amplitude does not change, then such an object does not radiate outward; i.e., the field emitted by it remains completely localized inside the moving polarization pulse. If the amplitude changes over time, then it begins to radiate backwards. In this case, unipolar pulses of an unusual shape, such as a rectangular one, can be obtained.

About the authors

R. M Arkhipov

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russiaж Ioffe Institute, 194021, St. Petersburg, Russia

Email: arkhipovrostislav@gmail.com

M. V Arkhipov

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: m.arkhipov@spbu.ru

A. V Pakhomov

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: antpakhom@gmail.com

O. O D'yachkova

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russia

Email: o.o.dyachkova@gmail.com

N. N Rozanov

St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russiaж Ioffe Institute, 194021, St. Petersburg, Russia

Author for correspondence.
Email: nnrosanov@mail.ru

References

  1. Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц, Теоретическая физика. Том 1. Механика, Наука, М. (1988)
  2. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Mechanics. Vol. 1, 3rd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford (1976).
  3. Б. М. Болотовский, В. Л. Гинзбург, УФН 106, 577 (1972)
  4. B. M. Bolotovskii and V. L. Ginzburg, Sov. Phys.-Uspekhi 15, 184 (1972).
  5. Г. А. Аскарьян, ЖЭТФ 42, 1360 (1962)
  6. G. A. Askar'yan, Sov. Phys. JETP 15, 943 (1962).
  7. В. Л. Гинзбург, Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы, 3-е изд., Наука, М. (1987)
  8. V. L. Ginzburg, Theoretical physics and astrophysics, Pergamon Press Ltd (1979), сh. VIII, р. 171.
  9. Б. М. Болотовский, В. П. Быков, УФН 160, 141 (1990)
  10. B. M. Bolotovskii and V. P. Bykov, Sov. Phys.-Uspekhi 33, 477 (1990).
  11. M. I. Bakunov, A. V. Maslov, and S. B. Bodrov, Phys. Rev. B 72, 195336 (2005).
  12. Б. М. Болотовский, А. В. Серов, УФН 175, 943 (2005)
  13. B. M. Bolotovskii and A. V. Serov, Phys.-Uspekhi 48, 903 (2005).
  14. R. M. Arkhipov, A. V. Pakhomov, I. V. Babushkin, M. V. Arkhipov, Yu. A. Tolmachev, and N. N. Rosanov, J. Opt. Soc. Am. B 33, 2518 (2016).
  15. A. V. Pakhomov, R. M. Arkhipov, I. V. Babushkin, M. V. Arkhipov, Yu. A. Tolmachev, and N. N. Rosanov, Phys. Rev. A 95, 013804 (2017).
  16. F. Krausz and M. Ivanov, Rev. Mod. Phys. 81, 163 (2009).
  17. G. Mourou, Rev. Mod. Phys. 91, 030501 (2019).
  18. K. Midorikawa, Nat. Photonics 16, 267 (2022).
  19. M. T. Hassan, T. T. Luu, A. Moulet, O. Raskazovskaya, P. Zhokhov, M. Garg, N. Karpowicz, A. M. Zheltikov, V. Pervak, F. Krausz, and E. Goulielmakis, Nature 530, 66 (2016).
  20. J. Biegert, F. Calegari, N. Dudovich, F. Quere, and M. Vrakking, J. Phys. B 54, 070201 (2021).
  21. B. Xue, K. Midorikawa, and E. J. Takahashi, Optica 9, 360 (2022).
  22. Р. М. Архипов, М. В. Архипов, А. В. Пахомов, П. А. Образцов, Н. Н. Розанов, Письма в ЖЭТФ 117, 10 (2023)
  23. R. M. Arkhipov, M. V. Arkhipov, A. V. Pakhomov, P. A. Obraztsov, and N. N. Rosanov, JETP Lett. 117, 8 (2023).
  24. E. S. E menko, S. A. Sychugin, M. V. Tsarev, and M. I. Bakunov, Phys. Rev. A 98, 013842 (2018).
  25. M. V. Tsarev and M. I. Bakunov, Opt. Express 27, 5154 (2019).
  26. I. E. Ilyakov, B. V. Shishkin, E. S. E menko, S. B. Bodrov, and M. I. Bakunov, Opt. Express 30, 14978 (2022).
  27. Y. Shou, R. Hu, Z. Gong, J. Yu, J.-e. Chen, G. Mourou, X. Yan, and W. Ma, New J. Phys. 23, 053003 (2021).
  28. H.-C. Wu and J. Meyerter Vehn, Nature Photon. 6, 304 (2012).
  29. J. Xu, B. Shen, X. Zhang, Y. Shi, L. Ji, L. Zhang, T. Xu, W. Wang, X. Zhao, and Z. Xu, Sci. Rep. 8, 2669 (2018).
  30. R. Pang, Y. Wang, X. Yan, and B. Eliasson, Phys. Rev. Appl. 18, 024024 (2022).
  31. S. Wei, Y. Wang, X. Yan, and B. Eliasson, Phys. Rev. E 106, 025203 (2022).
  32. Q. Xin, Y. Wang, X. Yan, and B. Eliasson, Phys. Rev. E 107, 035201 (2023).
  33. A. Bogatskaya, E. Volkova, and A. Popov, Plasma Sources Sci. Technol. 30, 085001 (2021).
  34. A. V. Bogatskaya, E. A. Volkova, and A. M. Popov, Phys. Rev. E 104, 025202 (2021).
  35. A. V. Bogatskaya, E. A. Volkova, and A. M. Popov, Phys. Rev. E 105, 055203 (2022).
  36. V. P. Kalosha and J. Herrmann, Phys. Rev. Lett. 83, 544 (1999).
  37. А. Ю. Пархоменко, С. В. Сазонов, ЖЭТФ 114, 1595 (1998)
  38. A. Parkhomenko and S. Sazonov, JETP 87, 864 (1998).
  39. X. Song, W. Yang, Z. Zeng, R. Li, and Z. Xu, Phys. Rev. A 82, 053821 (2010).
  40. V. V. Kozlov, N. N. Rosanov, C. De Angelis, and S. Wabnitz, Phys. Rev. A 84, 023818 (2011).
  41. С. В. Сазонов, Письма в ЖЭТФ 114, 160 (2021)
  42. S. Sazonov, JETP Lett. 114, 132 (2021).
  43. S. Sazonov, Laser Phys. Lett. 18, 105401 (2021).
  44. А. В. Пахомов, М. В. Архипов, Н. Н. Розанов, Р. М. Архипов, Письма в ЖЭТФ 116, 151 (2022)
  45. A. V. Pakhomov, M. V. Arkhipov, N. N. Rosanov, and R. M. Arkhipov, JETP Lett. 116, 149 (2022).
  46. A. Pakhomov, M. Arkhipov, N. Rosanov, and R. Arkhipov, Phys. Rev. A 106, 053506 (2022).
  47. Р. М. Архипов, А. В. Пахомов, М. В. Архипов, Н. Н. Розанов, Оптика и спектроскопия 131(1), 77 (2023).
  48. A. Pakhomov, N. Rosanov, M. Arkhipov, and R. Arkhipov, submitted. arXiv preprint arXiv:2303.11116.
  49. А. Ярив, Квантовая электроника, Советское радио, М. (1980)
  50. A. Yariv, Quantum Electronics, Wiley, N.Y. (1975).
  51. С. Э. Фриш, Оптические спектры атомов, Гос. издат. физ.-мат. лит., М.-Л. (1963).
  52. Н. Н. Розанов, Оптика и спектроскопия 127, 960 (2019)
  53. N. N. Rosanov, Optics and Spectroscopy 127, 1050 (2019).
  54. М. В. Архипов, Р. М. Архипов, Н. Н. Розанов, Оптика и спектроскопия 130, 1216 (2022)
  55. M. V. Arkhipov, R. M. Arkhipov, and N. N. Rosanov, Optics and Spectroscopy 130, 980 (2022).
  56. M. V. Arkhipov, R. M. Arkhipov, A. V. Pakhomov, I. V. Babushkin, A. Demircan, U. Morgner, and N. N. Rosanov, Opt. Lett. 42, 2189 (2017).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».