Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave
The article considers weakly ionized ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave of the terahertz range. The effect of an acoustic wave on Langmuir oscillations of Rydberg plasma is described using a hydrodynamic approach. The mechanism of the influence of an acoustic wave on La...
Saved in:
| Date: | 2020 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222306 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Institution
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543473230938112 |
|---|---|
| author | Rylyuk, V.M. Kuzmina, L.M. Skipa, M.I. |
| author_facet | Rylyuk, V.M. Kuzmina, L.M. Skipa, M.I. |
| author_sort | Rylyuk, V.M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-02-16T10:51:13Z |
| description | The article considers weakly ionized ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave of the terahertz range. The effect of an acoustic wave on Langmuir oscillations of Rydberg plasma is described using a hydrodynamic approach. The mechanism of the influence of an acoustic wave on Langmuir oscillations in such plasma, which consists in the scattering of electrons by neutral atoms oscillating in a high-frequency acoustic field, is considered. The unitary Kramers—Henneberger transformation in the Schrцdinger equation is used to calculate the cross section for the scattering of electrons by atoms performing high-frequency oscillations in the field of a terahertz acoustic wave. On this basis, a deep analogy is shown between the problem of scattering of an electron in the field of an external electromagnetic wave by a stationary atom and the problem of scattering of an electron by an atom vibrating in an external acoustic field. Numerical calculations demonstrate the oscillatory character of the cross section for the scattering of an electron by a Rydberg atom vibrating in a high-frequency acoustic field. Within the framework of the chosen hydrodynamic model, in view of the time dependence of the cross section for scattering of electrons by plasma atoms, the change in the electron density in such a system is described by the Mathieu equation, well known in mathematical physics. On the basis of this equation, the fundamental possibility of the appearance of parametric resonance, in the form of the buildup of Langmuir oscillations, in such a system is shown theoretically. The conditions for the appearance of resonance in Rydberg plasma initiated by a high-frequency acoustic wave are indicated. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:11:49Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-222306 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:11:49Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2223062021-02-16T10:51:13Z Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave Параметрический резонанс в ультрахолодной ридберговской плазме под влиянием акустической волны Параметричний резонанс в ультрахолодній ридбергівській плазмі під впливом акустичної хвилі Rylyuk, V.M. Kuzmina, L.M. Skipa, M.I. rydberg plasma scattering parametric resonance acoustic wave ридберговская плазма рассеяние параметрический резонанс акустическая волна ридбергівська плазма розсіяння параметричний резонанс акустична хвиля The article considers weakly ionized ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave of the terahertz range. The effect of an acoustic wave on Langmuir oscillations of Rydberg plasma is described using a hydrodynamic approach. The mechanism of the influence of an acoustic wave on Langmuir oscillations in such plasma, which consists in the scattering of electrons by neutral atoms oscillating in a high-frequency acoustic field, is considered. The unitary Kramers—Henneberger transformation in the Schrцdinger equation is used to calculate the cross section for the scattering of electrons by atoms performing high-frequency oscillations in the field of a terahertz acoustic wave. On this basis, a deep analogy is shown between the problem of scattering of an electron in the field of an external electromagnetic wave by a stationary atom and the problem of scattering of an electron by an atom vibrating in an external acoustic field. Numerical calculations demonstrate the oscillatory character of the cross section for the scattering of an electron by a Rydberg atom vibrating in a high-frequency acoustic field. Within the framework of the chosen hydrodynamic model, in view of the time dependence of the cross section for scattering of electrons by plasma atoms, the change in the electron density in such a system is described by the Mathieu equation, well known in mathematical physics. On the basis of this equation, the fundamental possibility of the appearance of parametric resonance, in the form of the buildup of Langmuir oscillations, in such a system is shown theoretically. The conditions for the appearance of resonance in Rydberg plasma initiated by a high-frequency acoustic wave are indicated. Рассмотрена слабоионизованная ультрахолодная ридберговская плазма, находящаяся под воздействием акустической волны терагерцевого диапазона. Влияние акустической волны на ленгмюровские колебания ридберговской плазмы описывается с помощью гидродинамического подхода. Исследован механизм влияния акустической волны на ленгмюровские колебания в такой плазме, заключающийся в рассеянии электронов на нейтральных атомах, совершающих колебания в высокочастотном акустическом поле. Для вычисления сечения рассеяния электронов на атомах, совершающих высокочастотные колебания в поле терагерцевой акустической волны, применяется унитарное преобразование Крамерса-Хеннбергера в уравнении Шредингера. На этой основе показывается глубокая аналогия между задачей о рассеяния электрона в поле внешней электромагнитной волны на стационарном атоме и проблемой рассеяния электрона на атоме, совершающего колебания во внешнем акустическом поле. Численные расчеты демонстрируют осцилляционный характер сечения рассеяния электрона на ридберговском атоме, колеблющемся в высоко- частотном акустическом поле. В рамках выбранной гидродинамической модели, ввиду временной зависимости сечения рассеяния электронов на атомах плазмы, изменение электронной плотности в такой системе описывается хорошо известным в математической физике уравнением Матье. На основе этого уравнения теоретически показана принципиальная возможность возникновения параметрического резонанса в виде раскачки ленгмюровских колебаний в такой системе. Указаны условия возникновения резонанса в ридберговской плазме, инициированного высокочастотной акустической волной. Розглянуто слабоіонізовану ультрахолодну ридбергівську плазму, яка зазнає впливу акустичної хвилі терагерцового діапазону. Вплив акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання ридбергівської плазми описують за допомогою гідродинамічного підходу. Досліджено механізм впливу акустичної хвилі на ленгмюрівські коливання у такій плазмі, який полягає у розсіянні електронів на нейтральних атомах, що коливаються у високочастотному акустичному полі. Для обчислення перерізу розсіяння електронів на атомах, які здійснюють високочастотні коливання у полі терагерцової акустичної хвилі, застосовано унітарне перетворення Крамерса-Хеннебергера у рівнянні Шредингера. На цій основі показано глибоку аналогію між задачею про розсіяння електрона в полі зовнішньої електромагнітної хвилі на стаціонарному атомі і проблемою розсіяння електрона на атомі, який коливається у зовнішньому акустичному полі. Числові розрахунки демонструють осциляційний характер перерізу розсіяння електрона на ридбергівському атомі, який коливається у високочастотному акустичному полі. У межах обраної гідродинамічної моделі завдяки часовій залежності перерізу розсіяння електронів на атомах плазми зміну електронної густини у такій системі описуємо добре відомим у математичній фізиці рівнянням Матьє. На основі цього рівняння теоретично показано принципову можливість виникнення параметричного резонансу у вигляді розгойдування ленгмюрівських коливань у такій системі. Наведено умови виникнення резонансу у ридбергівській плазмі, ініційованого високочастотною акустичною хвилею. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2020-12-24 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222306 10.24028/gzh.0203-3100.v42i6.2020.222306 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 42 No. 6 (2020); 230-239 Геофизический журнал; Том 42 № 6 (2020); 230-239 Геофізичний журнал; Том 42 № 6 (2020); 230-239 2524-1052 0203-3100 ru https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222306/223432 Copyright (c) 2020 Geofizicheskiy Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | rydberg plasma scattering parametric resonance acoustic wave Rylyuk, V.M. Kuzmina, L.M. Skipa, M.I. Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title | Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title_alt | Параметрический резонанс в ультрахолодной ридберговской плазме под влиянием акустической волны Параметричний резонанс в ультрахолодній ридбергівській плазмі під впливом акустичної хвилі |
| title_full | Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title_fullStr | Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title_full_unstemmed | Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title_short | Parametric resonance in the ultracold Rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| title_sort | parametric resonance in the ultracold rydberg plasma under the influence of an acoustic wave |
| topic | rydberg plasma scattering parametric resonance acoustic wave |
| topic_facet | rydberg plasma scattering parametric resonance acoustic wave ридберговская плазма рассеяние параметрический резонанс акустическая волна ридбергівська плазма розсіяння параметричний резонанс акустична хвиля |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/222306 |
| work_keys_str_mv | AT rylyukvm parametricresonanceintheultracoldrydbergplasmaundertheinfluenceofanacousticwave AT kuzminalm parametricresonanceintheultracoldrydbergplasmaundertheinfluenceofanacousticwave AT skipami parametricresonanceintheultracoldrydbergplasmaundertheinfluenceofanacousticwave AT rylyukvm parametričeskijrezonansvulʹtraholodnojridbergovskojplazmepodvliâniemakustičeskojvolny AT kuzminalm parametričeskijrezonansvulʹtraholodnojridbergovskojplazmepodvliâniemakustičeskojvolny AT skipami parametričeskijrezonansvulʹtraholodnojridbergovskojplazmepodvliâniemakustičeskojvolny AT rylyukvm parametričnijrezonansvulʹtraholodníjridbergívsʹkíjplazmípídvplivomakustičnoíhvilí AT kuzminalm parametričnijrezonansvulʹtraholodníjridbergívsʹkíjplazmípídvplivomakustičnoíhvilí AT skipami parametričnijrezonansvulʹtraholodníjridbergívsʹkíjplazmípídvplivomakustičnoíhvilí |