强磁场中的康普顿散射：回旋共振处的自旋依赖效应
高能天体物理现象
2015-06-22 v1
摘要
强磁场中的康普顿散射这一量子电动力学 (QED) 过程，常用于高场脉冲星和磁星中 X 射线及软伽马射线辐射的大气层和内磁层模型。磁场的一个主要影响是在回旋频率及其谐波处引入共振，此时入射光子触及在具有激发朗道能级的中间态中产生虚电子或正电子的阈值。在这些共振处，有效截面通常比经典汤姆逊值高出 2 个数量级以上。在接近和高于 44.13 TG 的量子临界磁场时，计算该截面必须纳入相对论修正。本文提出了适用于亚临界和超临界磁场的 QED 磁康普顿微分截面形式体系，但限于低于对产生阈值的散射光子。针对光子最初沿磁场传播的特例开发了计算，这是数学上简化的特例，与中子星磁层中常见的涉及相对论电子的相互作用密切相关。这篇关于相对论、量子、磁康普顿截面的阐述全面处理了电子自旋依赖性，因为这是描述中间态有限衰变寿命的关键特征。该形式体系同时采用了 Johnson 和 Lippmann (JL) 波函数以及磁狄拉克方程的 Sokolov 和 Ternov (ST) 电子本征函数。ST 态在形式上对于自洽地处理在共振中如此重要的自旋依赖效应是正确的。文中给出了截面的相对紧凑的解析形式，这将证明对天体物理建模者有用。
引用
@article{arxiv.1408.2146,
title = {Compton scattering in strong magnetic fields: Spin-dependent influences at the cyclotron resonance},
author = {Peter L. Gonthier and Matthew G. Baring and Matthew T. Eiles and Zorawar Wadiasingh and Caitlin A. Taylor and Catherine J. Fitch},
journal= {arXiv preprint arXiv:1408.2146},
year = {2015}
}
备注
45 pages, 10 figures, accepted for publication in Phys. Rev. D