<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">
<html>
  <head>
    <meta content="text/html; charset=UTF-8" http-equiv="Content-Type">
  </head>
  <body text="#000000" bgcolor="#ffffff">
    One remark to Swann's paper: <br>
    His theorem relates to the total emittance, not to the partial ones.
    Partial emittances are sensitive to eA/c term. <br>
    <br>
    A possible way to get rid of eA/c inside solenoidal structures is to
    make a fake 0-length edge of the solenoid at a place where
    emittances are calculated; kicks from the edge solenoidal fields
    have to be taken into account, of course. <br>
    <br>
    Alexey. <br>
    <br>
    On 3/10/2011 4:09 PM, Kirk T McDonald wrote:
    <blockquote cite="mid:468B48A3C96B4BA3AA66387F9E650168@mumu30"
      type="cite">
      <div dir="ltr">
        <div style="font-family: 'Arial'; color: rgb(0, 0, 0);
          font-size: 10pt;">
          <div>Folks,</div>
          <div> </div>
          <div>There is a technical question as to how we should be
            calculating emittance for beams in electromagnetic fields.</div>
          <div> </div>
          <div>The formal theory of Liouville’s theorem is clear that
            the invariant volume in phase space is to be calculated with
            the canonical momentum</div>
          <div>gamma m v + e A / c</div>
          <div>and not the mechanical momentum m v.</div>
          <div> </div>
          <div>This is awkward in two ways:</div>
          <div>1.   We don’t always know the vector potential of our
            fields</div>
          <div>2.   The vector potential is subject to gauge
            transformations, so canonical momentum is not gauge
            invariant.</div>
          <div> </div>
          <div>The second issue is disconcerting in that it suggests
            that phase-space volume, and emittance, are not actually
            invariant  -- with respect to gauge transformations.</div>
          <div> </div>
          <div>Hence, it is useful to note a very old paper,</div>
          <div>W.F.G. Swann, Phys. Rev. 44, 233 (1933)</div>
          <div>which shows that the phase-space volume for a set of
            noninteracting particles is the same whether or not the term
            e A / c is included in the “momentum”.</div>
          <div> </div>
          <div>This result has the consequence that phase-space volume
            (and emittance) is actually gauge invariant – although the
            location of a volume element in space space is gauge
            dependent.</div>
          <div> </div>
          <div>---------------</div>
          <div>This suggests that we could simply calculate emittances
            based only on the mechanical momentum, and avoid having to
            worry about the accuracy of our model for the vector
            potential.</div>
          <div> </div>
          <div>Of course, our calculations are actually of rms
            emittance, which is a better representation of the “ideal”
            emittance if the phase-space volume is more “spherical”, and
            not elongated/twisted.</div>
          <div> </div>
          <div>It could be that the shape of the phase-space volume is
            better for rms emittance calculation if the vector
            potential, in some favored gauge, is included in the
            calculation.....</div>
          <div> </div>
          <div>--Kirk</div>
          <div> </div>
          <div>PS  I have placed Swann’s paper as DocDB 560</div>
          <div><a moz-do-not-send="true"
              title="http://nfmcc-docdb.fnal.gov:8080/cgi-bin/DocumentDatabase"
href="http://nfmcc-docdb.fnal.gov:8080/cgi-bin/DocumentDatabase">http://nfmcc-docdb.fnal.gov:8080/cgi-bin/DocumentDatabase</a></div>
          <div>user = ionization pass = mucollider1</div>
          <div> </div>
          <div>See also the paper by Lemaitre that used Liouville’s
            theorem for cosmic rays in the Earth’s atmosphere (using
            mechanical momentum).   This may well be the earliest paper
            about particle beams and Liouville’s theorem.</div>
          <div> </div>
          <div>PPS  Scott Berg notes that when one evaluates emittance
            at a fixed plane in space, rather than at a fixed time, it
            is better to use the “longitudinal” coordinates (E,t) rather
            than (P_z,z).</div>
          <div> </div>
          <div>Is there any written reference that explains this “well
            known” fact?</div>
          <div> </div>
          <div>How is this prescription affected by electromagnetic
            fields?</div>
          <div> </div>
          <div>The vector potential of even a simple rf accelerating
            cavity has an A_z component (which is zero on axis, but
            nonzero off it).</div>
          <div><a moz-do-not-send="true"
              title="http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/cylindrical.pdf"
href="http://puhep1.princeton.edu/%7Emcdonald/examples/cylindrical.pdf">http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/cylindrical.pdf</a></div>
          <div>Note that the vector potential is nonzero outside the
            cavity, even though the E and B fields are zero there!</div>
          <div> </div>
          <div>Do we know how to include A_z in our longitudinal
            emittance calculations?</div>
        </div>
      </div>
      <pre wrap="">
<fieldset class="mimeAttachmentHeader"></fieldset>
_______________________________________________
MAP-l mailing list
<a class="moz-txt-link-abbreviated" href="mailto:MAP-l@lists.bnl.gov">MAP-l@lists.bnl.gov</a>
<a class="moz-txt-link-freetext" href="https://lists.bnl.gov/mailman/listinfo/map-l">https://lists.bnl.gov/mailman/listinfo/map-l</a>
</pre>
    </blockquote>
    <br>
  </body>
</html>