<HTML><HEAD>
<META content="text/html; charset=ISO-8859-1" http-equiv=Content-Type></HEAD>
<BODY dir=ltr bgColor=#66ffff text=#000000>
<DIV dir=ltr>
<DIV style="FONT-FAMILY: 'Arial'; COLOR: #000000; FONT-SIZE: 10pt">
<DIV>Folks</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>I believe that what Alex Dragt has been trying to tell us is that for 
applications involving Hamiltonian dynamics it is most favored to use the 
so-called Hamiltonian gauge, in which the scalar potential V is zero 
everywhere.&nbsp;&nbsp; Further, this ties in nicely with the use of coordinates 
(x,y,t) rather than (x,y,z).</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>For a general expression for the vector potential A in this gauge, see sec. 
8 of</DIV>
<DIV><A 
title=http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/EM/jackson_ajp_70_917_02.pdf 
href="http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/EM/jackson_ajp_70_917_02.pdf">http://puhep1.princeton.edu/~mcdonald/examples/EM/jackson_ajp_70_917_02.pdf</A></DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>For fields with time dependence e^{- i omega t), with nonzero wave number k 
= omega / c, then the vector potential is simply</DIV>
<DIV>A = – i E / k.&nbsp;&nbsp; (Gaussian units).</DIV>
<DIV>Note that A = 0 wherever E = 0, in which regions B can only be 
static.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>For a static magnetic field, the vector potential is the same as that in 
the Coulomb gauge (and in the Lorenz gauge).&nbsp; [In some static cases, such a 
toroidal magnets, the static vector potential will be nonzero in regions where B 
is zero; but in regions where a Fourier component B_omega is zero for nonzero 
omega, A_omega will be zero also.]</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>A static electric field has the vector potential </DIV>
<DIV>A = – c(t – t_0) E.</DIV>
<DIV>This seems a bit odd, but will not bother us.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>An unusual feature of the Hamiltonian gauge vector potential is that is is 
not continuous at a perfectly conducting surface – which did bother me for quite 
a while.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>However, in using A to compute B, the (ill-defined) normal derivative at a 
perfectly conducting surface is not needed to deduce the tangential 
B.&nbsp;&nbsp; </DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>Of course, the Hamiltonian gauge vector potential makes the canonical 
momentum p = p_mech + q A / c</DIV>
<DIV>discontinuous at the surface of the rf cavity.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>This is troublesome if we use coordinates (x,y,z) and have an accelerating 
cavity with E_z, such that p_z takes a step on entering or leaving the 
cavity.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>However, if we switch to coordinates (x,y,t) the t-canonical momentum 
is</DIV>
<DIV>p_t = – E_mech – q V = – E_mech</DIV>
<DIV>in the Hamiltonian gauge, which is continuous at the cavity wall.</DIV>
<DIV>Also, canonical momenta p_x and p_y are continuous if the particles enter 
and leave the cavity through faces at constant z (of a good conducting 
material).</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>All this is serendipitous for the cooling sections of a muon collider, 
where we are almost certain to use cavities with flat (Be) faces where the 
particles enter and exit.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>It remains that rms emittance (and eigen-emittance, I believe) is not gauge 
invariant.&nbsp;&nbsp; But we have to choose some gauge to proceed.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>It now looks like the Hamiltonian gauge is the one to use, along with 
coordinates (x,y,t) rather than (x,y,z).</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>1. Time-dependent A_omega follows immediately from knowledge of E_omega, 
and is zero where E_omega and B_omega are zero.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>2.&nbsp; Static A is same as in the Coulomb gauge (which is what we almost 
always use now).</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>3.&nbsp; No steps in canonical momenta so long as all rf cavities have flat 
faces where particles enter/exit.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>4.&nbsp; No scalar potential to worry about, so p_t = – E_mech, as in our 
present software. (It doesn’t hurt anything to define p_t = + E_mech, as we 
actually do.)</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>---------------------------------------------------------</DIV>
<DIV>5.&nbsp; Although phase volume is the same where or not we include the 
potentials in the momenta, this is not true for rms emittance (or 
eigen-emittance).&nbsp;&nbsp; So we should stop using ECAL9, and switch to 
emitcalc (with a better approximation to the vector potential) and/or equivalent 
programs developed by Tom Roberts, Chris Rogers, et al.</DIV>
<DIV>&nbsp;</DIV>
<DIV>--Kirk</DIV></DIV></DIV></BODY></HTML>