Resonance-induced surfatron acceleration of a relativistic particle

Исследуется движение релятивистской заряженной частицы в плоской электромагнитной волне и однородном магнитном поле. Волна распространяется перпендикулярно к направлению поля. Движение частицы может быть описано гамильтоновой системой с двумя степенями свободы. Параметры задачи позволяют выделить в системе быстрые и медленные переменные: три переменных изменяются медленно, и одна угловая переменная (фаза волны) быстро вращается везде, кроме окрестности некоторой поверхности в пространстве медленных переменных (резонансной поверхности). Вдали от резонансной поверхности динамика медленных переменных приближенно описывается методом усреднения. В ходе эволюции медленных переменных частица подходит к этой поверхности и может быть захвачена в резонанс с волной. Захват в резонанс приводит к ускорению частицы вдоль фронта волны (серфотронное ускорение). Исследован механизм захвата и показано, что захваченная частица не покидает резонанс, и ее энергия растет бесконечно. Прохождение через резонанс без захвата приводит к рассеянию на резонансе, т.е. к малому, зависящему от фазы, отклонению действительного движения от движения, предсказываемого методом усреднения. Обнаружено, что многократные рассеяния приводят к диффузионному росту энергии частицы. Рассматриваемая задача относится к широкому классу задач о прохождении через резонансы в системах с быстро вращающимися фазами. Оценки точности метода усреднения в этом классе задач были впервые получены В. И. Арнольдом.