Дипольное излучение

ДИПОЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, электромагнитное излучение, обусловленное изменением во времени дипольного момента системы. Различают электрическое и магнитное дипольное излучение в зависимости от того, вызывается оно изменением электрического или магнитного дипольного момента.

В классической электродинамике дипольное излучение - излучение электромагнитных волн, возникающее при изменении во времени электрического или магнитного дипольного момента любой системы зарядов и токов. Простейшим примером системы с переменным электрическим дипольным моментом служит Герца вибратор - металлическая антенна,  имеющая  форму  разрезанного по длине на две равные части штыря, подключённого в разрезе к источнику переменного тока. Под действием этого источника тока в штыре возникает переменный ток, который и создаёт переменный электрический диполь. Переменный магнитный дипольный момент можно создать, если по любому замкнутому контуру без самопересечений расположить проводник и пропустить по нему переменный электрический ток. Согласно классической электродинамике, дипольное излучение в волновой зоне, т. е. на расстоянии от переменного дипольного момента, значительно превышающем длину волны излучения, представляет собой расходящуюся волну со сферическим фронтом, векторы напряжённостей электрического Е и магнитного Н полей в каждой точке перпендикулярны направлению распространения волны, амплитуды Е и Н в этой волне с ростом расстояния R убывают как 1/R. В нерелятивистском приближении (скорости движения зарядов много меньше скорости света с) поле, создаваемое движущимися или неподвижными зарядами вне зоны их размещения, описывается как совокупность полей мультиполей. В релятивистском случае, когда характерные скорости зарядов в излучающей системе оказываются близкими к с, а характерная длина волны излучения сравнимой с размерами излучающей системы, мультипольное разложение полей излучения, первыми двумя членами которого являются поля электрического и магнитного дипольных приближений, становится неприменимым.

Дипольное  излучение, как и любое другое электромагнитное излучение, уносит из источника энергию, уменьшая тем самым энергию колебаний дипольного момента. Обычно электрическое дипольное излучение одной и той же излучающей системы значительно больше магнитного дипольного излучения и последним можно пренебречь. В тех же случаях, когда по тем или иным причинам электрическое дипольное излучение отсутствует или сильно подавлено, необходимо учитывать магнитное дипольное излучение и электрическое квадрупольное.

Согласно квантовой теории, электромагнитное излучение возникает при квантовом переходе системы из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При таком переходе излучается фотон частоты v = (E₁-Е₂)/h, где E₁ и Е₂ - энергии начального и конечного состояний, h - постоянная Планка. Такой самопроизвольный переход системы в состояние с более низкой энергией, сопровождающийся испусканием фотона, называется спонтанным. Если размеры системы малы по сравнению с длиной волны фотона, то вероятность спонтанного перехода в единицу времени из первого состояния во второе в первом приближении теории возмущений пропорциональна квадрату элемента матрицы р₁₂ электрического дипольного момента системы. Именно поэтому дипольное излучение называется излучением при квантовом переходе, у которого отличен от нуля соответствующий данному переходу элемент матрицы электрического дипольного момента (так называемый дипольный переход). Дипольные переходы играют основную роль в испускании фотонов атомами и молекулами. Если эти переходы запрещены правилами отбора, то, как и в классической системе, приобретают значение другие переходы, для которых отличны от нуля, например, какие-либо элементы матрицы квадрупольного электрического или магнитного дипольного момента. Наряду со спонтанным дипольным излучением существует вынужденное дипольное излучение возбуждённой дипольной системы, например молекулы.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. 7-е изд. М., 1988; Сивухин Д. В. Общий курс физики. 5-е изд. М., 2006. Т. 3.