<!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">
    Kirk,<br>
    <br>
     they are not invariant. To avoid long discussion here, please have
    a look at Lebedev-Bogacz paper:<br>
    <a class="moz-txt-link-freetext" href="http://iopscience.iop.org/1748-0221/5/10/P10010/pdf/1748-0221_5_10_P10010.pdf">http://iopscience.iop.org/1748-0221/5/10/P10010/pdf/1748-0221_5_10_P10010.pdf</a>,
    <br>
    the very end of it, pp. 21-23. You see that the 2 emittances of
    e-beam born at the magnetized cathode, \epsilon_1 and \epsilon_2 may
    differ by orders of magnitude. This is actual case for e-beam of our
    e-cooler.   <br>
    <br>
    Alexey.<br>
    <br>
    On 3/10/2011 4:42 PM, Kirk T McDonald wrote:
    <blockquote cite="mid:608291C1C4744041A10D5279278A9353@mumu30"
      type="cite">
      <meta content="text/html; charset=UTF-8" http-equiv="Content-Type">
      <div dir="ltr">
        <div style="font-family: 'Arial'; color: rgb(0, 0, 0);
          font-size: 10pt;">
          <div>Alexey,</div>
          <div> </div>
          <div>For the subspace (q,p) we have</div>
          <div> </div>
          <div>dq’ dp’ = J dq dp</div>
          <div> </div>
          <div>J = | dq’/dq  dq’/dp |</div>
          <div>      | dp’/dq  dp’/dp |</div>
          <div> </div>
          <div>Suppose p = m v + A   (in units where e/c = 1)</div>
          <div>and we transform</div>
          <div>q’ = q</div>
          <div>p’ = mv = p – A(q)</div>
          <div> </div>
          <div>Then the Jacobian is</div>
          <div>J = |       1     0 |</div>
          <div>      | –dA/dq  1 | = 1</div>
          <div> </div>
          <div>It looks to me like the partial phase volumes are also
            invariant under the “transformation” of neglecting the
            vector potential.</div>
          <div> </div>
          <div>--Kirk</div>
          <div> </div>
          <div style="font-style: normal; display: inline; font-family:
            'Calibri'; color: rgb(0, 0, 0); font-size: small;
            font-weight: normal; text-decoration: none;">
            <div style="font: 10pt tahoma;">
              <div> </div>
              <div style="background: none repeat scroll 0% 0% rgb(245,
                245, 245);">
                <div style=""><b>From:</b> <a moz-do-not-send="true"
                    title="burov@fnal.gov" href="mailto:burov@fnal.gov">Alexey
                    Burov</a> </div>
                <div><b>Sent:</b> Thursday, March 10, 2011 5:33 PM</div>
                <div><b>To:</b> <a moz-do-not-send="true"
                    title="map-l@lists.bnl.gov"
                    href="mailto:map-l@lists.bnl.gov">map-l@lists.bnl.gov</a>
                </div>
                <div><b>Subject:</b> Re: [MAP] Liouville's theorem and
                  electromagnetic fields</div>
              </div>
            </div>
            <div> </div>
          </div>
          <div style="font-style: normal; display: inline; font-family:
            'Calibri'; color: rgb(0, 0, 0); font-size: small;
            font-weight: normal; text-decoration: none;">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
                      title="http://nfmcc-docdb.fnal.gov:8080/cgi-bin/DocumentDatabase"
href="http://nfmcc-docdb.fnal.gov:8080/cgi-bin/DocumentDatabase"
                      moz-do-not-send="true">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
                      title="http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/cylindrical.pdf"
href="http://puhep1.princeton.edu/%7Emcdonald/examples/cylindrical.pdf"
                      moz-do-not-send="true">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 moz-do-not-send="true" class="moz-txt-link-abbreviated" href="mailto:MAP-l@lists.bnl.gov">MAP-l@lists.bnl.gov</a>
<a moz-do-not-send="true" 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>
            <p>
            </p>
            <hr>
            _______________________________________________<br>
            MAP-l mailing list<br>
            <a class="moz-txt-link-abbreviated" href="mailto:MAP-l@lists.bnl.gov">MAP-l@lists.bnl.gov</a><br>
            <a class="moz-txt-link-freetext" href="https://lists.bnl.gov/mailman/listinfo/map-l">https://lists.bnl.gov/mailman/listinfo/map-l</a><br>
          </div>
        </div>
      </div>
    </blockquote>
    <br>
  </body>
</html>