Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. Разработана теория для расчёта угловых распределений фотоэлектронов, образующихся при взаимодействии атомов с закрученным излучением в виде бесселевых пучков для случаев циркулярной и линейной поляризаций. Получено преобразование, позволяющее восстанавливать угловые распределения фотоэлектронов в случае облучения закрученным светом из угловых распределений фотоэлектронов, получаемых при фотоионизации плосковолновым светом. 2. Получено обобщение метода Вайцзеккера-Вильямса на случай релятивистских заряженных частиц с угловым моментом и выведены общие формулы для числа эквивалентных закрученных фотонов поля релятивистской заряженной частицы. Построенная модель позволяет помимо прочего описывать передачу углового момента от начальной закрученной частицы (электрона, позитрона, адрона и т.д.) конечной при рассеянии, аннигиляции или тормозном излучении, когда виртуальные частицы тоже могут нести угловой момент. 3. На основе полученных аналитических формул построены угловые распределения фотоэлектронов при фотоионизации атома гелия в области квадрупольного 2p2 [1D2] и дипольного 2s2p [1P1] автоионизационных резонансов. Произведён анализ эволюции построенных угловых распределений при сканировании исследуемой области по энергии фотона и при разных значениях угла раскрытия конуса закрученного излучения θс. Показано, что угловые распределения могут приобретать новые особенности асимметрии при увеличении угла θс. 4. Построена теоретическая модель для расчета процесса резонансного рассеяния закрученного фотона с угловым моментом на релятивистском атоме или ионе. На примере простейшего электрического дипольного перехода 1s -> 2p -> 1s показано, что закрученность с хорошей точностью сохраняется при рассеянии, однако энергия фотонов будет при этом увеличиваться и может достигать рентгеновского или даже гамма диапазонов, когда падающий фотон имеет энергию порядка 1 эВ. Подтверждена принципиальная возможность создания фабрики жестких закрученных фотонов на базе Большого Адронного Коллайдера, которая являлась бы аналогом источника таких фотонов ТГЦ диапазона в ИЯФ СО РАН в Новосибирске и имела бы многочисленные потенциальные приложения в ядерной физике и физике частиц. 5. Найдено, что наиболее перспективной для дальнейшего исследования взаимодействия закрученного света с молекулами представляется молекула монооксида углерода CO. Для этой молекулы существует большое количество достоверных сведений о взаимодействии с плосковолновым излучением, что позволит делать надёжные предсказания для планируемых экспериментов.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1. Разработана теоретическая модель для учета эффектов квантовой когерентности и запутанности в рассеянии закрученного света на заряженных частицах, включая протоны и ионы. Проведено исследование роли процесса пост-селекции конечных частиц в рассеянии закрученного света и передачи углового момента конечным частицам в зависимости от процесса измерения и выбора состояния детектора. 2. Путём серии расчётов многоконфигурационным методом Хартри-Фока получены высокоточные волновые функции атомов и ионов неона и криптона. Найденные волновые функции были использованы для выяснения характеристик спектроскопических особенностей (куперовские минимумы, автоионизационные резонансы) и закономерностей их изменения в процессах фотоионизации из основных и возбуждённых состояний указанных атомов. Знание положений и характеристик (профиль, глубина, q-индекс) различных спектроскопических особенностей позволяет наиболее точно исследовать взаимовлияние дипольных и недипольных вкладов в дифференциальные и интегральные характеристики процесса фотоионизации, в том числе под действием закрученного излучения. 3. Разработана общая теоретическая модель для учета влияния квантовой когерентности и запутанности в рассеянии закрученных и незакрученных частиц произвольной массы, энергии и спина на других частицах, включая лептоны и адроны, а также ионы и ядра. Проведено исследование роли процесса пост-селекции конечных частиц в процессе излучения Вавилова-Черенкова, нелинейном комптоновском рассеянии и ондуляторном излучении, упругом рассеянии мюонов и протонов в зависимости от процесса измерения и выбора состояния детектора. Показано, что в процессе с двумя конечными частицами любого рода отсутствие измерения азимутального угла импульса одной конечной частицы (или его измерение с большой ошибкой -- т.н. обобщенные измерения) приводит к тому, что состояние другой частицы как таковой (в независимости от свойств детектора) оказывается закрученным. Данная методика может использоваться для генерации релятивистских закрученных частиц (включая адроны и ядра) на ускорителях, мощных лазерах и лазерах на свободных электронах (XFEL и др.) 4. Проведено обобщение модели эквивалентных фотонов с угловым моментом на виртуальные частицы. На примере процесса излучения Вавилова-Черенкова получена волновая функция конечной системы двух частиц (электрон и фотон) как таковая, т.е. без предположений относительно детекторов обеих частиц. Показано, что фотонная часть волновой функции в общем случае является суперпозицией состояний с полным угловым моментом m+1/2 и m-1/2, где m есть проекция полного углового момента электрона (m=1/2 для обычного "плосковолнового" электрона). Процесс излучения Вавилова-Черенкова родственен задаче о закрученном состоянии виртуального фотона, излученного электроном, поскольку в обеих задачах квадрат 4-импульса фотона k^2 отличен от нуля. Таким образом для сильно закрученных электронов с m>>1/2 закрученность электрона почти полностью передаётся виртуальному фотону, что может использоваться, например, в расчетах рассеяния закрученных электронов на протонах. 5. Изучены поляризационные свойства переходного излучения электрона, пересекающего двумерный фотонный кристалл, состоящий из частиц субволнового размера, расположенных в плоской решетке. Показано, что поляризационные свойства переходного излучения на фотонном кристалле существенно отличаются от таковых для родственных видов излучения: обычного переходного и излучения Смита-Парселла. Построенная теория содержит координаты частиц, из которых состоит фотонный кристалл, что позволяет рассматривать структуры конечного размера, как симметричные, так и асимметричные. Для асимметричных мишеней поляризация излучения оказывается очень чувствительной к траектории электрона, что может проявиться при генерации излучения электронными пакетами со сложной пространственной структурой (в т.ч. закрученными электронами).

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Получено полное описание конечного квантового состояния системы двух частиц разного типа в процессах излучения Вавилова-Черенкова в среде с показателем преломления и излучения виртуального фотона релятивистским электроном, несущим ненулевую проекцию орбитального углового момента. Второй процесс рассмотрен как обобщение модели эквивалентных фотонов с угловым моментом на виртуальные частицы. Волновая функция конечного состояния выведена в симметричном виде и приведена в координатном и импульсном представлениях. Установлена возможность регистрации конечных частиц с ненулевой проекцией полного углового момента как для случая "плосковолнового" исходного электрона, так и для закрученного. Показано, что выполняется закон сохранения полного углового момента. Для излучения Вавилова-Черенкова рассчитан фактор, характеризующий степень линейной поляризации конечного фотона с произвольной степенью закрученности. Для процессов эмиссии эквивалентных фотонов приведены выражения для числа и средней поляризации закрученных эквивалентных фотонов. 2. Разработана теоретическая модель для квантового описания процесса излучения закрученного фотона с квантованным угловым мометом заряженной частицей в магнитном поле. Получена волновая функция конечного фотона без предположений о свойствах детектора и показано, что она соответствует пучку Бесселя. Показано, что большинство излученных фотонов, как правило, являются закрученными с проекцией углового момента ~ 1. Переходы, при которых излученный фотон обладает нулевой или отрицательной проекцией углового момента на направление магнитного поля всегда сильно подавлены. Изучены переходы между различными спиновыми состояниями, воспроизведен известный эффект самополяризации. 3. Получены ранее не представленные в литературе формулы для матричного элемента и углового распределения фотоэлектронов в процессе многофотонной ионизации атомной мишени бесселевыми волнами. Показано, что выражения допускают аналитическое интегрирование по прицельному параметру с равномерным или гауссовым распределением атомов мишени, однако более удобным с прикладной точки зрения является введение специального форм-фактора, вычисляемого для конкретных параметров исследуемого процесса. 4. Получены общие формулы для статистических тензоров фотоэлектрона и фотоиона, образуемых в процессе ионизации мишени из равномерно распределённых неполяризованных атомов бесселевым светом. На основании этих формул сконструированы выражения для компонент поляризации спина фотоэлектрона, а также для ориентации и выстроенности остаточного иона. В дипольном приближении рассмотрен вопрос о зависимости величины спиновой поляризации фотоэлектрона при ионизации 4p-оболочки атома криптона на различные состояния тонкой структуры остаточного иона от угла вылета фотоэлектрона, угла раскрытия конуса бесселева пучка и типа поляризации пучка (циркулярная и линейная). 5. Продемонстрировано, что из-за случайности ориентации молекулы в пространстве эффекты закрученности падающего излучения при ионизации молекулы бесселевым светом исчезают при усреднении. Чтобы обнаружить такие эффекты, необходимо провести эксперимент с жёстко зафиксированной вдоль оси распространяющегося бесселева пучка молекулой и при этом дополнительно к фотоэлектрону производить регистрацию всех продуктов распада молекулярного иона.