¿Cómo afecta la radiación electromagnética a la velocidad de una partícula cargada?

como la partícula está acelerando y cargada, debería liberar radiación. ¿Es esto correcto?

Esta es la forma en que a menudo se explican los experimentos con radiación: la radiación proviene de lugares donde se produce la aceleración de la carga.

Además, se descubrió que el movimiento orbital de las partículas cargadas en un ciclotrón siempre iba acompañado de radiación electromagnética que aparentemente salía del anillo donde los electrones se encuentran en movimiento circular.

Teóricamente, esto se basa en una versión particular de la teoría EM donde los campos son puramente retardados. Esta versión es la más común e intuitiva y supongo que no es un gran error decir que es correcta, pero no se sigue que eso es lo que realmente sucede.

Hay varias explicaciones posiblemente correctas: otras vistas de los experimentos, como las de Tetrode, Fokker, Frenkel, Feynman-Wheeler, etc., donde la radiación presente/detectada no es solo el campo retardado (en origen de partículas) de las partículas cargadas. Por ejemplo, el campo mitad retrasado, mitad avanzado tiene dos partes importantes: la mitad retardada compatible con la vista anterior se origina en la partícula y se extiende hasta el infinito, pero la otra, avanzada, proviene del infinito y colapsa en el partícula. Este punto de vista no es habitual, pero fue considerado seriamente por las personas antes mencionadas y nunca fue falsificado.

Y si es así, ¿cómo se ve afectada la energía cinética de la partícula cargada por esta liberación de radiación?

Eso depende de si la distribución de carga se extiende con densidad finita o puntual.

Si la carga tiene una densidad espacial finita en todas partes, entonces se puede derivar el teorema de Poynting. Además, si los campos son retardados, se puede derivar la fórmula de Larmor que dice que la energía que sale de la partícula por unidad de tiempo es proporcional a la aceleración al cuadrado. Si la partícula tiene una estructura interna estable, por conservación de energía, esto equivale aproximadamente a la pérdida de energía cinética por unidad de tiempo también (siempre hay discrepancia debido a la energía EM en la vecindad de la partícula), por lo que la partícula pierde energía cinética hasta su el movimiento cambia a movimiento rectilíneo o la partícula deja de moverse.

Por otro lado, si la partícula es realmente un punto, no se puede derivar el teorema de Poynting y la fórmula de Larmor. Además, no pueden ser aplicados consistentemente, incluso si los tomamos textualmente del caso anterior.

Si los campos son retardados, dicha partícula produce cambios salientes en el campo EM, pero estos no necesariamente tienen que tener ningún efecto sobre el movimiento de la partícula.

La radiación de ciclotrón/sincrotrón definitivamente transporta y es capaz de liberar mucha energía. Esto significa que para que estas explicaciones sean aplicables, las partículas en sí mismas son cargas extendidas o son puntuales, pero luego la radiación sale de muchas de ellas sincrónicamente, por lo que efectivamente forman una distribución extendida en el sentido físico.

Dado que las cargas en los ciclotrones se aceleran en los llamados racimos (miles de millones de electrones) y dado que nunca se encontró una estructura interna de electrones, creo que la segunda explicación es más probable: los haces de corriente de energía salen de muchas partículas cercanas entre sí. en lugar de una partícula.

Se desacelerará haciendo que su velocidad disminuya, y debido a$r=mv/qB$el radio también disminuirá y obtendrás un movimiento en espiral.

Esta desaceleración debida a la radiación se conoce como la fuerza de reacción inversa de la radiación de Abraham-Lorentz . Con estas ecuaciones, puede derivar con mayor precisión el movimiento en espiral. Este efecto también es responsable del fracaso de la imagen clásica del átomo, a causa del colapso, que se salva por el principio de incertidumbre.