John M.J. Madey によるFELの最初の論文(1971)-10

Madey による1971年の論文から始まった、「FELは量子力学に基づく装置なのか?」の議論を振り返る。

1973年のFEL論文

1971年論文は、謝辞の部分に一か所”Free Electron Laser”の語があるのみ、というのは先に記した。初めて、Free Electron Laser の語がタイトルに入った論文が、1973年に、Madey, Schwettman, Fairbank の連名で発表されている。

この論文で、Madey は、”A Classical Interpretation?”という節を設け、FELの古典力学解釈について考察している。1971年のFEL提案論文では引用しなかったMotz-Nakamura の論文(アンジュレータを用いた電磁波増幅)を引用し、自身の解析との違いを議論している。Motz-Nakamura は古典力学、Madey は量子力学を使った解析である。

Madey は、自身が導出したFELゲイン式において、分母と分子でプランク定数がキャンセルしていることから、FEL が古典力学で表される可能性を吟味しつつも、「プランク定数を含まないゲイン式は、古典力学の必要条件であるが、十分条件ではない」、また、「Motz-Nakamuraのゲイン式と自身のゲイン式は、ビーム電流やアンジュレータ磁場に対するスケール則が異なる」、さらに加えて、J.J. Sakurai の教科書を引用して、「電場、磁場と光子密度の演算子は可換でない。古典力学の扱いが可能となるのは、光子密度が大きい場合(量子揺らぎを無視できる領域)に限られる」との理由をあげて、FELは量子力学的装置であるとの立場を崩していない。

Motz-Nakamura 論文

Motz-Nakamura 論文は、アンジュレータで電磁波の増幅が可能であることを最初に示した論文(会議録)で、1959年に発表されている。

H. Motz and M. Nakamura
“The Generation of Submillimeter Waves and Fast Wave Amplification”
Millimeter Waves Internatl. Symp., New York, N. Y. 1959.

論文の著者、M. Nakamura は、通産省電気試験所(後の電総研、産総研)からStanford 大学の Microwave Laboratory (最初のFEL実験が行われたHEPL の前身) に派遣されていた中村正郎(まさお)氏である。中村氏は、その後、福井大学に奉職し、2014年春の叙勲で瑞宝中綬章を82歳で受章した記録がインターネットに残っているので、当時は、27歳だったことになる。若い日本人が、FEL につながる初期の研究に携わったことは、特記しておくべきであろう。

 

カテゴリー: FEL パーマリンク

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