[논문 리뷰] On the dynamic toroidal multipoles

Ivan Fernandez‐Corbaton, Stefan Nanz외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 01.

Quantum and Classical Electrodynamics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 동적 토로이드 다중극이 전자기 상호작용에서 독립적인 물리적 의의를 지니지 못함을 보여준다; 전기 다중극에서 분리될 때 나타나는 비방사 성분이 합산될 때 상쇄되어 토로이드 복사 또는 결합이 측정 불가능해진다. 이 형식은 소스 크기를 작은 매개변수로 삼은 전기 대칭 다중극 계수의 전개에서 고차항으로 나타난다.

ABSTRACT

We analyze the dynamic toroidal multipoles and prove that they do not have an independent physical meaning with respect to their interaction with electromagnetic waves. We analytically show how the split into electric and toroidal parts causes the appearance of non-radiative components in each of the two parts. These non-radiative components, which cancel each other when both parts are summed, preclude the separate determination of each part by means of measurements of the radiation from the source or of its coupling to external electromagnetic waves. In other words, there is no toroidal radiation or independent toroidal electromagnetic coupling. The formal meaning of the toroidal multipoles is clear in our derivations. They are the higher order terms of an expansion of the multipolar coefficients of electric parity with respect to the electromagnetic size of the source.

연구 동기 및 목표

• 동적 토로이드 다중극이 전자기 복사에서 전기 다중극과 물리적으로 구별될 수 있는가를 조사하기 위해.
• 전기 다중극과 토로이드 부분으로 분해된 다중극장의 비방사 성분의 기원과 역할을 분석하기 위해.
• 전자기 이론에서 토로이드 다중극의 형식적 의미와 물리적 의미를 명확히 하기 위해.
• 토로이드 복사 또는 독립적인 전자기 결합이 실험적으로 관측될 수 있는가를 판단하기 위해.

제안 방법

• 소스 크기를 작은 매개변수로 삼아 동적 소스에 대한 다중극 전개를 해석적으로 유도하기 위해.
• 시리즈 전개를 통해 전기 대칭 다중극 계수를 전기 및 토로이드 성분으로 분해하기 위해.
• 장 해석의 점근적 분석을 통해 전기 및 토로이드 부분의 비방사 항을 식별하기 위해.
• 벡터 구면 조화함수와 다중극 전개 기법을 사용하여 기여도를 분리하기 위해.
• 각 부분의 비방사 성분이 합산될 때 정확히 상쇄됨을 증명하여 독립적 측정이 불가능함을 보여주기 위해.
• 토로이드 다중극이 전기 대칭장의 전개에서 고차항으로서만 형식적으로 나타남을 보여주기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 토로이드 다중극은 전자기 측정을 통해 전기 다중극에서 물리적으로 분리될 수 있는가?
• RQ2 전기 및 토로이드 장 분해에서 비방사 성분의 기원은 무엇인가?
• RQ3 토로이드 다중극은 측정 가능한 복사 또는 외부 전자기파와의 결합을 일으키는가?
• RQ4 동적 시스템에서 토로이드 다중극에 독립적인 존재를 부여할 물리적 근거가 있는가?
• RQ5 토로이드 다중극은 전기 대칭장의 표준 다중극 전개와 어떻게 관련이 있는가?

주요 결과

• 분해 과정으로 인해 전기 및 토로이드 부분 양쪽에 비방사 성분이 나타난다.
• 이 비방사 성분들은 두 부분을 합산할 때 정확히 상쇄되어 독립적 탐지가 불가능해진다.
• 토로이드 다중극은 측정 가능한 복사 또는 외부 전자기파와의 결합을 일으킬 수 없다.
• 토로이드 다중극의 형식적 사용은 전기 대칭 다중극 계수의 전개에서 고차항으로서만 나타난다.
• 동적 전자기 상호작용에서 토로이드 다중극을 전기 다중극과 물리적으로 구별할 수 있는 근거가 없다.
• 전기 및 토로이드 부분으로의 분리는 수학적으로 편리하지만 복사 및 결합에 대해 물리적으로 의미가 없다.