Квадрупольное излучение
Квадрупо́льное излуче́ние, 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 электрического тензора или магнитного – квадрупольных моментов. Выделение квадрупольного излучения наиболее важно для источников, занимающих область малого размера по сравнению с излучаемыми длинами волн: . Это условие ограничивает скорости движения зарядов в источнике квадрупольного излучения нерелятивистскими значениями: ( – скорость света), характерная частота квадрупольного излучения
Согласно классической электродинамике, интенсивность электрического квадрупольного излучения имеет тот же порядок величины , что и интенсивность магнитного дипольного излучения; интенсивность магнитного квадрупольного излучения – порядка интенсивности тороидального дипольного излучения
Квадрупольное излучение особенно важно для источников, не обладающих электрическим и магнитным 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 средняя по времени интенсивность излучения:
Её угловое распределение (диаграмма направленности) в случае источника с осью симметрии выше 2-го порядка, когда отличны от нуля только диагональные составляющие , имеет вид
Здесь – интенсивность, отнесённая к единице телесного угла в направлении наблюдения ; – полярный угол между и осью . При отсутствии указанной симметрии источника интенсивность квадрупольного излучения имеет более сложную диаграмму направленности, а само оно связано с потерей момента импульса излучающей системой зарядов.
При квантовом описании квадрупольного излучения последнее обстоятельство приводит к ограничениям (правилам отбора) на те энергетические состояния излучающей системы, между которыми возможны квадрупольные квантовые переходы. Электрическое квадрупольное излучение 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.