Photon kinetics in plasmas

Abstract

We present a kinetic theory of radiative processes in many-component plasmas with relativistic electrons and nonrelativistic heavy particles. Using the non-equilibrium Green's function technique in many-particle QED, we show that the transverse field correlation functions can be naturally decomposed into sharply peaked (non- Lorentzian) parts that describe resonant (propagating) photons and off-shell parts corresponding to virtual photons in the medium. Analogous decompositions are obtained for the longitudinal field correlation functions and the correlation functions of relativistic electrons. We derive a kinetic equation for the resonant photons with a finite spectral width and show that the off-shell parts of the particle and field correlation functions are essential to calculate the local radiating power in plasmas and recover the results of vacuum QED. The plasma effects on radiative processes are discussed.

Представлено кiнетичну теорiю радiацiйних процесiв у багатосортнiй плазмi з релятивiстськими електронами та нерелятивiстськими важкими частинками. З використанням нерiвноважних функцiй Ґрiна для квантової електродинамiки (КЕД) показано, що поперечнi польовi кореляцiйнi функцiї можна природнiм чином розбити на нелоренцiвську частину з гострим максимумом, яка описує резонанснi (пропагаторнi) фотони, та поза-оболонкову складову, яка вiдповiдає вiртуальним фотонам середовища. Аналогiчне розбиття отримано для поздовжнiх польових кореляцiйних функцiй та кореляцiйних функцiй релятивiстських електронiв. Отримано кiнетичне рiвняння для резонансних фотонiв зi скiнченою спектральною шириною та показано, що поза-оболонкова складова кореляцiйних функцiй частинок i полiв є суттєвою для коректного розрахунку локальної потужностi випромiнювання в плазмi та вiдтворення результатiв вакуумної КЕД. Обговорюється вплив плазмових ефектiв на процеси випромiнювання.