扭曲光子的康普顿上转换：非平面波函数粒子的背散射

扭曲光子不是平面波，而是具有轨道角动量在传播轴上的确定投影$\hbar m$（$m$为整数，可取$m \gg 1$）的平面波的叠加。在此，我们详细描述了通过扭曲激光光子与具有洛伦兹因子$\gamma=E/(m_e c^2) \gg 1$的超相对论电子进行反向康普顿散射来产生高能扭曲光子的可能性。当一个能量为$\hbar \omega \sim 1$ eV的扭曲激光光子与电子碰撞并向后散射时，最终扭曲光子保持角动量$m$，但其能量$\hbar \omega'$显著增加：$\omega'/\omega=4 \gamma^2/(1+x)$，其中$x=4E \hbar \omega/(m_e c^2)^2$。用于描述散射过程的S矩阵形式对于具有确定四动量的平面波特别简单。然而，在所考虑的情况下，必须增强这种形式，因为扭曲粒子的量子态不能简化为平面波。这意味着通常的截面概念不适用，我们引入并计算了一个平均截面来定量描述该过程。扭曲光子的能量上转换可能对涉及原子和原子核激发与衰变的实验，以及在以前未探索的范围内研究光电效应和原子核上的电子对产生具有意义。