Elettrodinamica classica/Distribuzione angolare
Studiamo ora la distribuzione angolare della radiazione emessa nel caso ultrarelativistico. Come abbiamo visto, nel caso non relativistico la potenza emessa dipendeva dalla direzione relativa all'accelerazione della particella, e dipendeva in particolare dal quadrato del seno dell'angolo fra la direzione di osservazione e quella dell'accelerazione. In particolare, dunque, la potenza emessa era massima in direzione perpendicolare all'accelerazione della particella. Vedremo ora che nel caso ultrarelativistico la situazione è completamente diversa. La formula esatta per la potenza totale emessa per unità di angolo solido è (sfruttando l'espressione di data dai campi di Lienard-Wiechert):
Nel caso non relativistico avevamo ; nel caso ultrarelativistico è invece proprio questo termine che ci consente di capire la distribuzione angolare della radiazione. Se infatti si ha , allora ; dunque, la potenza emessa tende a divergere se è circa collineare alla velocità della particella. La direzione "di riferimento" in questo caso, dunque, è quella di . A numeratore, poi, c'è un termine , che per tende a zero, compensando la divergenza del denominatore. Per comprendere meglio la situazione, riscriviamo la formula come:
Se dunque , si avrà:
Pertanto, il termine centrale nell'espressione di è costante, e quindi:
e poiché :
Dobbiamo dunque distinguere due casi:
(ossia non è parallelo a ) se , allora :
Pertanto, per il termine più rilevante nell'espressione della potenza emessa per irraggiamento è . Espandendo per piccoli valori di :
Dunque, è una funzione piccata attorno ad , e il picco è sempre più marcato più il valore di si avvicina ad 1.
La larghezza a metà altezza della campana, poi, è dell'ordine di . Concludiamo dunque che se , la maggior parte della radiazione emessa è tutta concentrata in un cono di angolo solido centrato sulla direzione di :
Dunque:
È una situazione leggermente diversa dalla precedente: se , infatti, la potenza emessa è nulla. Detta:
In questo caso, dunque, nella direzione esatta della velocità non viene emessa energia, ma comunque la quasi totalità della radiazione è contenuta in un cono di angolo solido centrato nella direzione della velocità (che in questo caso coincide con quella dell'accelerazione).
I due casi, dunque, anche se a priori diversi sono sostanzialmente equivalenti.