Квадрупольное излучение

КВАДРУПОЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, излучение, обусловленное изменением во времени квадрупольного момента (электрического, магнитного, акустического, гравитационного) системы. Для электромагнитного излучения различают электрическое и магнитное квадрупольное излучение в зависимости от того, вызывается ли оно изменением компонент тензора электрического Q^e_ik или магнитного Q^m_ik квадрупольных моментов. Выделение квадрупольного излучения наиболее важно для источников, занимающих область малого размера l по сравнению с излучаемыми длинами волн λ:l << λ. Это условие ограничивает скорости и движения зарядов в источнике квадрупольного излучения нерелятивистскими значениями: u ≈ cl/λ (с - скорость света), характерная частота квадрупольного излучения ω ≈ u/l.

Согласно классической электродинамике, интенсивность электрического квадрупольного излучения имеет тот же порядок величины (l/λ)⁴, что и интенсивность магнитного дипольного излучения; интенсивность магнитного квадрупольного излучения порядка интенсивности тороидального дипольного излучения (l/λ)⁶.

Квадрупольное  излучение особенно важно для источников, не обладающих электрическим (р^е = 0) и магнитным (р^m = 0) дипольными моментами, например для замкнутых систем, состоящих из частиц, у которых отношение зарядов к массе одинаково. Электрическое и магнитное поля квадрупольного излучения убывают при удалении от источника обратно пропорционально расстоянию, как и поле дипольного излучения.

При гармоническом законе изменения квадрупольного момента    с   частотой   ω  - Q^e_ik= Q₀^e_ik cosωt средняя по времени интенсивность излучения равна

Её угловое распределение (диаграмма направленности) в случае источника с осью симметрии z (i = 3) выше второго порядка, когда отличны от нуля только диагональные составляющие Q^e₃₃ = −2Q^e₂₂ = −2Q^e₁₁ , имеет вид

Здесь I_θ - интенсивность, отнесённая к единице телесного угла в направлении наблюдения n; θ - полярный угол между n и осью z. При отсутствии указанной симметрии источника интенсивность квадрупольного излучения I_θ имеет более сложную диаграмму направленности, а само квадрупольное излучение связано с потерей момента импульса излучающей системой зарядов.

При квантовом описании квадрупольного излучения последнее обстоятельство приводит к ограничениям (отбора правилам) на те энергетические состояния излучающей системы, между которыми возможны квадрупольные квантовые переходы. Электрическое квадрупольное излучения и квадрупольное рассеяние гамма-излучения, оптического и микроволнового излучений малыми частицами (атомными ядрами, молекулами, пылинками) применяются при спектральном исследовании внутренней структуры и динамических свойств этих частиц. Квадрупольное  излучение, наряду с магнитным дипольным излучением, определяет время жизни и вероятность перехода из метастабильных состояний, используемых в некоторых лазерах, мазерах и усилителях.

Лит.: Блатт Дж., Вайскопф В. Теоретическая ядерная физика. М., 1954; Биденхарм Л., Лаук Дж. Угловой момент в квантовой физике. М., 1984. Т. 2; Берестецкий В. Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л. П. Квантовая электродинамика. 3-е изд. М., 1989. Смотри также литературу при ст. Квадрупольный момент.