<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0" article-type="research-article"><?xmltex \hack{\allowdisplaybreaks}?>
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">ANGEO</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Annales Geophysicae</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">ANGEO</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Ann. Geophys.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">1432-0576</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/angeo-41-253-2023</article-id><title-group><article-title>Concerning the detection of electromagnetic knot structures in space plasmas using the wave telescope technique</article-title><alt-title>Electromagnetic knots</alt-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Electromagnetic knots}?><?xmltex \runningauthor{S.~Toepfer et al.}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Toepfer</surname><given-names>Simon</given-names></name>
          <email>s.toepfer@tu-braunschweig.de</email>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2 aff3">
          <name><surname>Glassmeier</surname><given-names>Karl-Heinz</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Motschmann</surname><given-names>Uwe</given-names></name>
          
        </contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>Institut für Theoretische Physik,
Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Germany</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik,
Technische Universität Braunschweig,
Braunschweig, Germany</institution>
        </aff>
        <aff id="aff3"><label>3</label><institution>Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Germany
</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Simon Toepfer (s.toepfer@tu-braunschweig.de)</corresp></author-notes><pub-date><day>31</day><month>May</month><year>2023</year></pub-date>
      
      <volume>41</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>253</fpage><lpage>267</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>15</day><month>February</month><year>2023</year></date>
           <date date-type="rev-request"><day>6</day><month>March</month><year>2023</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>2</day><month>May</month><year>2023</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>6</day><month>May</month><year>2023</year></date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright: © 2023 Simon Toepfer et al.</copyright-statement>
        <copyright-year>2023</copyright-year>
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023.html">This article is available from https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023.pdf</self-uri>
      <abstract><title>Abstract</title>

      <p id="d1e113">The wave telescope technique is broadly established in the analysis of spacecraft data and serves as a bridge between local measurements and the global picture of spatial structures. The technique is originally based on plane waves and has been extended to spherical waves, phase-shifted waves and planetary magnetic field representation. The goal of the present study is the extension of the wave telescope technique using electromagnetic knot structures as a basis. As the knots are an exact solution of Maxwell's equations they open the door for a new modeling and interpretation of magnetospheric structures, such as plasmoids.</p>
  </abstract>
    
<funding-group>
<award-group id="gs1">
<funding-source>Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt</funding-source>
<award-id>50OC1803</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <label>1</label><title>Introduction</title>
      <p id="d1e125">The classification and mathematical modeling of spatial structures are among the major missions of theoretical physics. Our extraterrestrial space environment in particular provides a diversity of spatial structures with different characteristics. For example, oscillating structures can be classified into plane waves (e.g., MHD waves), spherical waves generated at the bow shock, surface waves triggered by instabilities at the magnetopause and phase-shifted waves caused by field line resonances <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18 bib1.bibx17" id="paren.1"/>. On the other hand, global planetary magnetic fields can be interpreted in terms of a multi-pole series based on spherical harmonics <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx4 bib1.bibx5 bib1.bibx19 bib1.bibx20 bib1.bibx21" id="paren.2"/>. For the characterization of such structures, empirical models, such as magnetospheric models or models based on a set of specific basis functions spanning the solution space of differential equations, are required.</p>
      <p id="d1e134">In general, any spatial structure can be expanded into a set of mathematical basis functions, such as plane waves or spherical harmonics. Plane waves are the simplest spatial structures forming a basis for the representation of spatial fields. The contribution of any plane wave with its characteristic spatial scale to the total field is described by the spectrum of the field. However, in the worst case, infinitely many elements forming the basis have to be incorporated to describe the structure, resulting in an infinite set of expansion coefficients that have to be determined from the measurements. In this case, it is desirable to choose a new representation based on a new set of basis functions that are well-adjusted to the symmetry of the structure with fewer unknown parameters.</p>
      <p id="d1e137">Electromagnetic knots, proposed by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.3"/>, are a special superposition of infinitely many plane waves, forming such a new basis set for localized, divergence-free structures, namely the electromagnetic ring and the electromagnetic globule. The geometry of these basis elements is depicted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>a and b. A variety of electromagnetic field topologies can be constructed by spatially distributing and superposing several rings and globules as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>c. The complexity of the emerging field geometries prompts the naming <italic>electromagnetic knots</italic> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.4"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{1}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 1</label><caption><p id="d1e156">Vector representation of the electromagnetic ring <bold>(a)</bold>, the electromagnetic globule <bold>(b)</bold> and spatially distributed, superposed globules <bold>(c)</bold> after <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.5"/>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=426.791339pt}?><graphic xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023-f01.png"/>

      </fig>

      <p id="d1e177">The electromagnetic ring and the electromagnetic globule are an exact solution of Maxwell's equations and provide a new tool in the context of plasma physical and electrodynamical modeling. Based on the elaboration of <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.6"/>, the mathematical foundations of electromagnetic knots are<?pagebreak page254?> revisited in the present study. Within this context, the formalism is reformulated in terms of the classical wave telescope technique <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="paren.7"/>. Additionally, the applicability of describing and interpreting spatial structures in planetary magnetospheres via knots is discussed. The wave telescope technique enables the classification of spatial structures in planetary magnetospheres from a limited number of satellite positions and has successfully been applied to several problems in space physics <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx7 bib1.bibx14 bib1.bibx15 bib1.bibx16 bib1.bibx17" id="paren.8"/>. Originally, the method was based on a plane wave representation and was later extended to spherical waves <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx3" id="paren.9"/>, phase-shifted waves <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx18" id="paren.10"/> and planetary magnetic fields <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13 bib1.bibx19 bib1.bibx20" id="paren.11"/>. The goal of the present study is the extension of the variety of spatial structures that can be analyzed from a limited set of measurement positions by considering the electromagnetic knots a new basis set for the wave telescope. The method is tested against synthetically generated magnetic field data  describing a plasmoid as a two-dimensional magnetic ring structure.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <label>2</label><title>The classical wave telescope</title>
      <p id="d1e207">Maxwell's equations represent a set of coupled partial differential equations for the magnetic field <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the electric field <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. These equations can be transformed into a set of algebraic equations via the Fourier transform. In the following discussion we will focus on the magnetic field.</p>
      <p id="d1e246">The measurement position <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the measured field <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are known from a set of magnetometer measurements. Due to the high temporal resolution of the magnetometer, the temporal Fourier transform can be applied to the data, delivering the spectral amplitude <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="paren.12"/>. In general, this spectral amplitude is a continuous function of <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:math></inline-formula>. However, in the practical application outstanding points of the spectrum, for example sharp maxima, are of major interest. Thus, the data are evaluated at a peak, where <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with the corresponding amplitude <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. So far, the magnetic field can be written as
          <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><label>1</label><mml:math id="M9" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the spectral amplitude of the magnetic field with respect to the wave vector <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As the magnetic field measurements are solely available at a limited number of measurement points, the spatial Fourier transform is not applicable. Thus, the spectral amplitudes <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the corresponding wave vectors <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> are to be determined by the data fitting procedure. Although  a variety of inversion techniques are available <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx9" id="paren.13"><named-content content-type="post">e.g.,</named-content></xref>, we will focus on the wave telescope technique <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="paren.14"/>.</p>
      <?pagebreak page255?><p id="d1e482">Suppose that the magnetic field vector <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is measured at <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> positions <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), summarized into the <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional vector <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, the determination of the spectral amplitude <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results in an overdetermined inversion problem. Following <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="text.15"/>, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="text.16"/> and <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx20" id="text.17"/>, the magnetic field model can be rewritten as
          <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><label>2</label><mml:math id="M21" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where
          <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><label>3</label><mml:math id="M22" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        is the shape matrix and <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the identity matrix. The magnetic field measurements can be arranged into the data covariance matrix
          <disp-formula id="Ch1.Ex1"><mml:math id="M24" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>〈</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>∘</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>〉</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where the angular brackets denote the statistical average of the data.
The spectrum of the wave can be estimated via
          <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><label>4</label><mml:math id="M25" display="block"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">tr</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>†</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        where the dagger <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mo>†</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the Hermitian conjugate and <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">tr</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>†</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the trace of the matrix <inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>†</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The maximum values of <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may be interpreted as the spectrum of the field. If only a finite number of sharp peaks emerges, the magnetic field may be interpreted as a superposition of plane waves with discrete <inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> values. As <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a nonlinear function of the vector <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the whole three-dimensional <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space needs to be scanned to identify the peaks <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="paren.18"/>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <label>3</label><title>Electromagnetic knots</title>
      <p id="d1e991">The classical wave telescope technique does not assume any symmetry or relation between different <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> vectors of the spectrum. However, to be able to use electromagnetic knots as a system of basis structures, the geometry of the <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space needs to be specialized. In this respect, the classical wave telescope technique differs from its extension presented here. The following mathematical derivation of electromagnetic knots is based on <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.19"/>.</p>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <label>3.1</label><title>Construction of the knots</title>
      <p id="d1e1018">For the specific evaluation of the integral in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>), spherical coordinates <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space are introduced:
            <disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><label>5</label><mml:math id="M38" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where the corresponding unit vectors are given by

                <disp-formula specific-use="gather"><mml:math id="M39" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <p id="d1e1262">The vectors <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the unit vectors of the Cartesian coordinate system.</p>
      <p id="d1e1298">In this case, the magnetic field in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E1"/>) can be rewritten as
            <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><label>6</label><mml:math id="M43" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where
            <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><label>7</label><mml:math id="M44" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          is the spectral amount of the field corresponding to <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e1794">Due to Maxwell's equations, the magnetic field (as well as the electric field in the absence of free charge carriers) is solenoidal,
            <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><label>8</label><mml:math id="M46" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          such that
            <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><label>9</label><mml:math id="M47" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          To guarantee the solenoidality of the magnetic field, the ansatz
            <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><label>10</label><mml:math id="M48" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          is chosen, which results in
            <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><label>11</label><mml:math id="M49" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          and
            <disp-formula id="Ch1.E12" content-type="numbered"><label>12</label><mml:math id="M50" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are complex functions of <inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
In the following this ansatz is specified by constraining the geometry of the three-dimensional <inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space.</p>
      <p id="d1e2370">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E11"/>) represents the spectral amplitude of the magnetic field for a fixed value of <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus, it is useful to separate the angular dependency <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the spectral amplitude from the <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> dependency by choosing the functions <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula> as

                <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M61" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd><mml:mtext>13</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd><mml:mtext>14</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

           <?pagebreak page256?> where <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a function of <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> alone, <inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are complex functions of <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a real constant.</p>
      <p id="d1e2706">In this respect, the spectral amplitude (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E11"/>) can be rewritten as
            <disp-formula id="Ch1.E15" content-type="numbered"><label>15</label><mml:math id="M68" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where the functions <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> weight the summation over the <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space with respect to the angulars <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Introducing the abbreviation
            <disp-formula id="Ch1.E16" content-type="numbered"><label>16</label><mml:math id="M74" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          provides
            <disp-formula id="Ch1.E17" content-type="numbered"><label>17</label><mml:math id="M75" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          such that
            <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><label>18</label><mml:math id="M76" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          In the following, the functions <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are specified to evaluate the spectral amplitude <inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with regard to electromagnetic knots <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.20"/>.</p>
      <p id="d1e3299">Each spectral amount (corresponding to a fixed <inline-formula><mml:math id="M80" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> value) of the field may be characterized by a superposition of plane waves with the same amplitude propagating in every direction (independent of <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula>) such that
            <disp-formula id="Ch1.E19" content-type="numbered"><label>19</label><mml:math id="M83" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.0}{9.0}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          In this case, the spectral amplitude results in
            <disp-formula id="Ch1.E20" content-type="numbered"><label>20</label><mml:math id="M84" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          representing a superposition of infinitely many plane waves of the same amplitude with the spectrum
            <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><label>21</label><mml:math id="M85" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Therefore, the distribution in <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space is completely characterized by the value <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
      <?pagebreak page257?><p id="d1e3612">Using the definitions of the unit vectors <inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the magnetic field can be further expanded into the form
            <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><label>22</label><mml:math id="M90" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          For the evaluation of the integrals in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>) it is useful to introduce a cylindrical coordinate system <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the position space:
            <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><label>23</label><mml:math id="M92" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>z</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The corresponding unit vectors are given by

                <disp-formula specific-use="gather"><mml:math id="M94" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The scalar product of the <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> vector and the position vector results in
            <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><label>24</label><mml:math id="M96" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Using <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> provides
            <disp-formula id="Ch1.E25" content-type="numbered"><label>25</label><mml:math id="M99" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          For the further evaluation of the integrals in each component of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>), the abbreviations
            <disp-formula id="Ch1.Ex8"><mml:math id="M100" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">and</mml:mi><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          are introduced. By means of these preparations, the <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integration can be solved analytically, delivering the Bessel functions of the first kind:
            <disp-formula id="Ch1.Ex9"><mml:math id="M102" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          The detailed evaluation of the integrals can be found in the Appendix, resulting in
            <disp-formula id="Ch1.E26" content-type="numbered"><label>26</label><mml:math id="M103" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          and
            <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><label>27</label><mml:math id="M104" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where

                <disp-formula specific-use="gather"><mml:math id="M105" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            and
            <disp-formula id="Ch1.Ex12"><mml:math id="M106" display="block"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          The complex constants <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the free parameters of the magnetic field in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E26"/>) and can be chosen independently of each other. The first part of the field,
            <disp-formula id="Ch1.E28" content-type="numbered"><label>28</label><mml:math id="M109" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">or</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          that corresponds to the expansion coefficient <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called the magnetic ring (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>a). The second part,
            <disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><label>29</label><mml:math id="M111" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">or</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          corresponding to the expansion coefficient <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is the magnetic globule (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>b).</p>
      <p id="d1e5588">It should be noted that the electromagnetic knot structures do not form an entire set of mathematical basis functions. Regarding the derivation presented here, electromagnetic knots can be written as a superposition of infinitely many plane waves, as plane waves represent an entire set of basis functions. However, the inverse is not true. The functions <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E16"/>) control the angular dependency in the <inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space. By choosing <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">const</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, infinitely many plane waves propagating in every direction contribute to the field. The resulting field structures are solenoidal and spatially localized. Thus, the  magnetic ring and the magnetic globule can be interpreted as a set of basis functions for isotropically localized, divergence-free structures. Choosing different shapes for the functions <inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> enables the modeling of structures beyond electromagnetic knots.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <label>3.2</label><title>Electric field</title>
      <?pagebreak page258?><p id="d1e5747">The electric field and the magnetic field are connected via Ampère's law. Under the absence of ohmic  currents, Ampère's law reduces to
            <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><label>30</label><mml:math id="M120" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the phase velocity. Fourier transformation provides
            <disp-formula id="Ch1.E31" content-type="numbered"><label>31</label><mml:math id="M122" display="block"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Using <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields
            <disp-formula id="Ch1.E32" content-type="numbered"><label>32</label><mml:math id="M124" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          such that
            <disp-formula id="Ch1.E33" content-type="numbered"><label>33</label><mml:math id="M125" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Ampère's law is valid for every <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> vector that contributes to the spectrum of the field, yielding the ansatz
            <disp-formula id="Ch1.E34" content-type="numbered"><label>34</label><mml:math id="M127" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Using
            <disp-formula id="Ch1.Ex13"><mml:math id="M128" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">and</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          delivers
            <disp-formula id="Ch1.E35" content-type="numbered"><label>35</label><mml:math id="M129" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          such that the real part can be expressed as
            <disp-formula id="Ch1.E36" content-type="numbered"><label>36</label><mml:math id="M130" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Thus, the electric field is given by
            <disp-formula id="Ch1.E37" content-type="numbered"><label>37</label><mml:math id="M131" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">ph</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <label>3.3</label><title>Electric current density</title>
      <p id="d1e6616">When ohmic currents <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are present, Ampère's law can be written as
            <disp-formula id="Ch1.E38" content-type="numbered"><label>38</label><mml:math id="M133" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          under the assumption of stationarity or if the displacement current is negligible. Again, Fourier transformation provides
            <disp-formula id="Ch1.E39" content-type="numbered"><label>39</label><mml:math id="M134" display="block"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          such that
            <disp-formula id="Ch1.E40" content-type="numbered"><label>40</label><mml:math id="M135" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          In analogy to the electric field, the current density can be calculated via
            <disp-formula id="Ch1.E41" content-type="numbered"><label>41</label><mml:math id="M136" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">{</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Thus, the current density of the magnetic ring follows the topology of a globule and vice versa.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS4">
  <label>3.4</label><title>Spatially distributed knot structures</title>
      <p id="d1e6969">Within the derivation of the knot structures, the magnetic ring and the magnetic globule are defined with respect to the same origin of the cylindrical coordinate system <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The resulting structures are also known as (electro)magnetic disturbances of the first kind <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.21"/>. However, in general the structures can be defined with respect to different (local) coordinate systems, spanned by the local unit vectors <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with different origins <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-script">O</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The resulting structures,
            <disp-formula id="Ch1.E42" content-type="numbered"><label>42</label><mml:math id="M141" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:munderover><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where
            <disp-formula id="Ch1.Ex14"><mml:math id="M142" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-script">O</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          are a superposition of <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> translated and/or rotated <?xmltex \hack{\mbox\bgroup}?>(electro)magnetic<?xmltex \hack{\egroup}?> disturbances of the first kind (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F1"/>c) and are also called (electro)magnetic disturbances of the second kind <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.22"/>. The field is characterized by <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> free parameters, i.e., the expansion coefficients <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the origins <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-script">O</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the orientation of the local coordinate system that can be described, for example, via Euler angles <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="paren.23"/>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS5">
  <label>3.5</label><title>Discussion of the knot structures</title>
      <?pagebreak page259?><p id="d1e7401">Within the derivation presented above, the spectral distribution of the field with respect to <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is controlled by the function <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Electromagnetic knots, as originally described by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.24"/>, are superpositions of infinitely many monochromatic plane waves, i.e., <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with the same amplitude, propagating in every direction with the spectrum
            <disp-formula id="Ch1.E43" content-type="numbered"><label>43</label><mml:math id="M151" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>|</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          In contrast to single plane waves, knots are localized structures, similar to wave packages. The localization of the structures results from the spatial distribution of the wave phases:
            <disp-formula id="Ch1.E44" content-type="numbered"><label>44</label><mml:math id="M152" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Thus, the knots are a superposition of plane waves with different phases <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at all points in space despite its central point. At the origin of the structure <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the phases of the waves are all equal: <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, resulting in a constructive interference with a maximum amplitude at the central point. The scale size of the knot is determined by <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, representing a set of infinitely many <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> vectors with the same length. The superposition of the plane waves is schematically illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F2"/>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><?xmltex \currentcnt{2}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 2</label><caption><p id="d1e7678">Illustration of superposed, monochromatic plane wave fronts (gray lines) with the wave length <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The knots are localized in the origin of the red coordinate system spanned by the vectors <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023-f02.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e7744">Equation (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E27"/>) represents the magnetic field with respect to the position vector <inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:math></inline-formula> an the frequency <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However, the spatial structure of the field can also directly be analyzed from the measurement data <inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> evaluated at different time steps <inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and thus no Fourier transform with respect to time is required.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <label>4</label><title>Extension of the wave telescope</title>
      <p id="d1e7801">Following this short derivation and discussion of the electromagnetic knots, the knot model needs to be reformulated in terms of the wave telescope technique to estimate the spectrum of the knots.</p>
<sec id="Ch1.S4.SS1">
  <label>4.1</label><title>Reformulation of the model</title>
      <p id="d1e7811">After performing the temporal Fourier transform, the magnetic field (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E27"/>), measured at the position <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, can be rewritten as
            <disp-formula id="Ch1.E45" content-type="numbered"><label>45</label><mml:math id="M168" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where
            <disp-formula id="Ch1.E46" content-type="numbered"><label>46</label><mml:math id="M169" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          is the corresponding shape matrix of the position <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Summarizing the measurements into a <inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional vector <inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the magnetic field can be rearranged as
            <disp-formula id="Ch1.E47" content-type="numbered"><label>47</label><mml:math id="M173" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where
            <disp-formula id="Ch1.E48" content-type="numbered"><label>48</label><mml:math id="M174" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">⋮</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Again, the determination of the amplitudes <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results in an overdetermined inversion problem. In analogy to the classical wave telescope technique, the spectrum of the ring can be estimated via
            <disp-formula id="Ch1.E49" content-type="numbered"><label>49</label><mml:math id="M177" display="block"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">tr</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi><mml:mo>†</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Since <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a nonlinear function of <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the whole <inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:math></inline-formula> space has to be scanned to estimate the spectrum of the field <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx12" id="paren.25"/>.</p>
      <p id="d1e8534">Solely considering the magnetic ring (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>), the shape matrix transfers onto the shape vector <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx13" id="paren.26"/>
            <disp-formula id="Ch1.E50" content-type="numbered"><label>50</label><mml:math id="M181" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mtable class="array" columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          In this case, the spectrum of the ring can be estimated via
            <disp-formula id="Ch1.E51" content-type="numbered"><label>51</label><mml:math id="M182" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>†</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{3}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 3</label><caption><p id="d1e8689">Reconstructed spectrum <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> resulting from different measurement positions (red dots) with respect to the origin of the plasmoid. The length scale of the plasmoid is chosen to be <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.19</mml:mn><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=455.244094pt}?><graphic xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023-f03.png"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS2">
  <label>4.2</label><title>Application to plasmoids</title>
      <p id="d1e8749">For the first application of electromagnetic knots in the context of magnetospheric structures, we consider the modeling of plasmoids via a magnetic ring <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="paren.27"/>. Plasmoids are a consequence of magnetic reconnection in the far-tail region of a planetary magnetosphere triggered by the Dungey cycle <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11" id="paren.28"><named-content content-type="post">e.g.,</named-content></xref>. The structures are characterized by a magnetic ring along the neutral sheet line with a length scale of the order of the solar wind's obstacle <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx11 bib1.bibx24" id="paren.29"><named-content content-type="pre">e.g.,</named-content></xref>.</p>
      <p id="d1e8765">We model the magnetic field in the tail region by superposing a stationary magnetic ring (<inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E28"/>),
            <disp-formula id="Ch1.E52" content-type="numbered"><label>52</label><mml:math id="M186" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">∞</mml:mi></mml:munderover><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          composed of monochromatic plane waves, representing the plasmoid, with the field generated by the neutral sheet current (Harris neutral sheet, <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx8" id="altparen.30"/>) such that
            <disp-formula id="Ch1.E53" content-type="numbered"><label>53</label><mml:math id="M187" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub><mml:mi>tanh⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub><mml:mi>tanh⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where the <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis points towards the night side magnetosphere, the <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis points from the southern geographic pole to the northern geographic pole and the <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis completes the right-handed system. Thus, we model the plasmoid as a two-dimensional structure in the <inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> plane <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx23" id="paren.31"/>. The value <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents an arbitrarily chosen background amplitude, <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.3</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the length scale of the current sheet is chosen to be <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the<?pagebreak page261?> planetary radius, e.g., the terrestrial radius. The characteristic length scale of the plasmoid is chosen to be <inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, corresponding to <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4.19</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e9243">The resulting magnetic field data are evaluated at <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> synthetically generated spacecraft positions, representing a HelioSwarm-like configuration <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx10" id="paren.32"/>. As plasmoids are highly dynamical, traveling structures, the measurement positions are shifted along the <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis with respect to the origin of the plasmoid (left, mean, right), representing different time steps. The length scale <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or equivalently <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) of the plasmoid is estimated from the virtual spacecraft data via Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E51"/>). The resulting field geometry (blue arrows) and the measurement positions (red dots) as well as the corresponding spectra are illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="Ch1.F3"/>.</p>
      <p id="d1e9295">When the measurement positions are distributed around the origin of the plasmoid (mean), the implemented value of <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be reconstructed with high precision from the data. In the other cases, the spatial length scale is slightly overestimated and the relative error results in about <inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">%</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (left) and <inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="italic">%</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (right). Thus, the wave telescope technique is capable of (1) separating the plasmoid from the neutral sheet part and (2) estimating the characteristic length scale of the plasmoid from a limited number of measurement positions.</p>
      <p id="d1e9332">In analogy to the classical wave telescope technique, the accuracy of the reconstruction depends of the relation between the plasmoid's length scale <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the mean distance <inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> between the spacecraft positions <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx17" id="paren.33"><named-content content-type="post">e.g.,</named-content></xref>. For example, if <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the measurement positions do not properly cover the spatial extend of the plasmoid, resulting in ambiguities within the reconstruction procedure. In the case of <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the magnetic field structure of the plasmoid is not detectable. Thus, the mean distance between the spacecraft positions has to be of the order of the plasmoid's spatial scale <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which will be realized by the configuration of the planned HelioSwarm multiscale mission.</p>
      <p id="d1e9404">Furthermore, the amplitude of the ring <inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has to be of the same order as or larger than the sheath field <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to guarantee a precise reconstruction result. For example, in the case of <inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> no peak occurs within the spectrum <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the ring cannot be discerned from the background field. On the other hand, the peak within the spectrum becomes sharper in the case of <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1</mml:mn><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS3">
  <label>4.3</label><title>Further applications</title>
      <p id="d1e9496">The application presented above of electromagnetic knots indicates the potential of the representation. Spatially distributed electromagnetic knots as described by <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx1" id="text.34"/> enable the modeling of more complex structures, provide generalized spectral information and open the door for further applications, delivering an alternative interpretation of magnetospheric structures. For example, the magnetic field configuration resulting from a field-aligned current can be modeled as a superposition of magnetic rings stacked on top of each other. Due to Ampère's law, the corresponding current density is given as a superposition of globules. Thus, the inner structure of field-aligned currents can be analyzed directly from the magnetic field measurements <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx21" id="paren.35"/>. Also, the current system of Alfvén wings can be described as a superposition of rings <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx22" id="paren.36"><named-content content-type="post">e.g.,</named-content></xref> so that the corresponding magnetic field topology follows the structure of superposed globules. Furthermore, field line resonances <xref ref-type="bibr" rid="bib1.bibx6 bib1.bibx18" id="paren.37"/> may be described as a special superposition of magnetic rings.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S5" sec-type="conclusions">
  <label>5</label><title>Conclusions</title>
      <p id="d1e9523">Electromagnetic knots are a superposition of infinitely many monochromatic plane waves with a spherical symmetric spectrum and represent an exact solution of Maxwell's equation. The resulting basis elements, i.e., the electromagnetic ring and the globule, form a basis set for localized, divergence-free spatial structures. For this reason, the concept of electromagnetic knots opens the door for a completely new description and interpretation of spatial structures in planetary magnetospheres.</p>
      <p id="d1e9526">The classification of spatial structures evaluated at a limited number of measurement points describes an overdetermined inversion problem. The wave telescope technique serves as a robust data analysis tool for the global interpretation of spacecraft measurements in terms of expected physical structures. By reformulating the formalism of electromagnetic knots in terms of the wave telescope technique, we extended the zoo of spatial structures that can be analyzed by the method. In this sense, the present study can be interpreted as a generalization of the wave telescope technique to a structure telescope technique.</p>
      <p id="d1e9529">For a first validation, the concept of electromagnetic knots has been applied to the modeling of a plasmoid. Using a HelioSwarm-like satellite configuration, the wave telescope technique is capable of separating the plasmoid, modeled as a magnetic ring, from the field generated by the neutral sheet current and enables the estimation of the length scale of the ring. Thus, the presented extension of the wave telescope technique serves as a new data analysis tool for multi-spacecraft missions, such as the planned HelioSwarm mission. However, the application of electromagnetic knots for characterizing further structures, such as field-aligned currents or Alfvén wings, should be analyzed in future studies. In general, we conclude that the modified wave telescope technique outlined here bears the potential for a new representation and physical description of complex spatial structures existing in space plasmas.</p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</sec>

      
      </body>
    <back><app-group>

<?pagebreak page262?><app id="App1.Ch1.S1">
  <?xmltex \currentcnt{A}?><label>Appendix A</label><title>Evaluation of the integrals</title>
      <p id="d1e9544">The <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> component of the magnetic field in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>) can be rewritten as
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E54" content-type="numbered"><label>A1</label><mml:math id="M217" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        where
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E55" content-type="numbered"><label>A2</label><mml:math id="M218" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E56" content-type="numbered"><label>A3</label><mml:math id="M219" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        <?xmltex \hack{\newpage}?>Analogously, the <inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> component in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>) results in
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E57" content-type="numbered"><label>A4</label><mml:math id="M221" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E58" content-type="numbered"><label>A5</label><mml:math id="M222" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        for the <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> component in Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="Ch1.E22"/>), where
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E59" content-type="numbered"><label>A6</label><mml:math id="M224" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <?pagebreak page263?><p id="d1e11087"><?xmltex \hack{\newpage}?>Here, the magnetic field is given by
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E60" content-type="numbered"><label>A7</label><mml:math id="M225" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        At least, the remaining integrals <inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have to be evaluated.</p>
      <?pagebreak page264?><p id="d1e11853">For the evaluation of the integral
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E61" content-type="numbered"><label>A8</label><mml:math id="M229" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        we define
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex1"><mml:math id="M230" display="block"><mml:mrow><mml:mi>tan⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        such that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex2"><mml:math id="M231" display="block"><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex3"><mml:math id="M232" display="block"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Thus, the argument of the complex exponential can be rewritten as
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E62" content-type="numbered"><label>A9</label><mml:math id="M233" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo mathsize="2.5em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathsize="2.5em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo mathsize="1.5em">(</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        Substituting <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and using <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> delivers
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E63" content-type="numbered"><label>A10</label><mml:math id="M236" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        As the integrand is a <inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-periodic function, the integral is independent of <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E64" content-type="numbered"><label>A11</label><mml:math id="M239" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Making use of the definition of the Bessel functions of the first kind,
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex4"><mml:math id="M240" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">τ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        yields
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E65" content-type="numbered"><label>A12</label><mml:math id="M241" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        The integral
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E66" content-type="numbered"><label>A13</label><mml:math id="M242" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        can be evaluated using the identity
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E67" content-type="numbered"><label>A14</label><mml:math id="M243" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        so that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex5"><mml:math id="M244" display="block"><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and results in
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E68" content-type="numbered"><label>A15</label><mml:math id="M245" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        by means of Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="App1.Ch1.S1.E65"/>). Using
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E69" content-type="numbered"><label>A16</label><mml:math id="M246" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        delivers
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E70" content-type="numbered"><label>A17</label><mml:math id="M247" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        Analogously, the integral
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E71" content-type="numbered"><label>A18</label><mml:math id="M248" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        can be evaluated using
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E72" content-type="numbered"><label>A19</label><mml:math id="M249" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        such that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E73" content-type="numbered"><label>A20</label><mml:math id="M250" display="block"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and results in
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E74" content-type="numbered"><label>A21</label><mml:math id="M251" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        Therefore, the magnetic field is given by
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E75" content-type="numbered"><label>A22</label><mml:math id="M252" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathsize="2.5em">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="2.5em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="2.5em">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo mathsize="1.5em" mathvariant="italic">{</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="2em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathvariant="italic" mathsize="1.5em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
      <?pagebreak page265?><p id="d1e14421">The remaining integrals can be expanded into the form

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M253" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E76"><mml:mtd><mml:mtext>A23</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E77"><mml:mtd><mml:mtext>A24</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E78" content-type="numbered"><label>A25</label><mml:math id="M254" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        Introducing the transformation
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex6"><mml:math id="M255" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="1em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">or</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">equivalently</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="1em"/><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        such that
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex7"><mml:math id="M256" display="block"><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.Ex8"><mml:math id="M257" display="block"><mml:mrow><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        shows that the integrands of the imaginary parts are symmetric functions with respect to the value <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the interval <inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so that

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M260" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E79"><mml:mtd><mml:mtext>A26</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mi mathvariant="normal">Im</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E80"><mml:mtd><mml:mtext>A27</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Im</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E81"><mml:mtd><mml:mtext>A28</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mi mathvariant="normal">Im</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          whereas the real parts do not vanish in general, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="App1.Ch1.S1.F4"/>. Thus, introducing the abbreviations

              <disp-formula specific-use="gather" content-type="numbered"><mml:math id="M261" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E82"><mml:mtd><mml:mtext>A29</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.S1.E83"><mml:mtd><mml:mtext>A30</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          and
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E84" content-type="numbered"><label>A31</label><mml:math id="M262" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced open="{" close="}"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
        the measurable part (i.e., the real part) of the magnetic field can finally be written as
          <disp-formula id="App1.Ch1.S1.E85" content-type="numbered"><label>A32</label><mml:math id="M263" display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Re</mml:mi><mml:mfenced close="}" open="{"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="App1.Ch1.S1.F4"><?xmltex \currentcnt{A1}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure A1</label><caption><p id="d1e16071">Real (blue) and imaginary part (orange) of the integrand of <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the interval <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://angeo.copernicus.org/articles/41/253/2023/angeo-41-253-2023-f04.png"/>

      </fig>

</app>
  </app-group><notes notes-type="dataavailability"><title>Data availability</title>

      <p id="d1e16109">Data can be provided upon request.</p>
  </notes><notes notes-type="authorcontribution"><title>Author contributions</title>

      <p id="d1e16115">ST performed the mathematical derivations. KHG came up with the idea of extending the wave telescope technique. ST and UM wrote the first draft of the manuscript. All authors contributed equally to the conception and design of the study; all authors read and approved the submitted version.</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests"><title>Competing interests</title>

      <p id="d1e16121">The contact author has declared that none of the authors has any competing interests.</p>
  </notes><notes notes-type="disclaimer"><title>Disclaimer</title>

      <p id="d1e16127">Publisher's note: Copernicus Publications remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p id="d1e16133">We are grateful to Norbert Fürstenau (DLR Braunschweig) for pointing our interest to electromagnetic knots.  We acknowledge support by the German Research Foundation and the Open Access Publication Fund of
the Technische Universität Braunschweig.</p></ack><notes notes-type="financialsupport"><title>Financial support</title>

      <p id="d1e16138">This work has been supported by the German Research Foundation and the Open Access Publication Fund of
the Technische Universität Braunschweig. The contribution by Karl-Heinz Glassmeier was financially supported by the German Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz and the Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt under 50OC1803.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>This open-access publication was funded <?xmltex \notforhtml{\newline}?> by Technische Universität Braunschweig.</p>
  </notes><notes notes-type="reviewstatement"><title>Review statement</title>

      <p id="d1e16149">This paper was edited by Elena Kronberg and reviewed by two anonymous referees.</p>
  </notes><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bibx1"><?xmltex \def\ref@label{Cameron(2018)}?><label>Cameron(2018)</label><?label cameron2018?><mixed-citation>Cameron, R. P.: Monochromatic knots and other unusual electromagnetic disturbances: light localised in 3D,
J. Phys. Commun., 2, 015024, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1088/2399-6528/aa9761" ext-link-type="DOI">10.1088/2399-6528/aa9761</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx2"><?xmltex \def\ref@label{Capon(1969)}?><label>Capon(1969)</label><?label capon1969?><mixed-citation>Capon, J.: High resolution frequency-wavenumber spectrum analysis,
Proc. IEEE, 57, 1408–1418, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7278" ext-link-type="DOI">10.1109/PROC.1969.7278</ext-link>, 1969.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx3"><?xmltex \def\ref@label{Contantinescu et al.(2006)}?><label>Contantinescu et al.(2006)</label><?label contantinescu2006?><mixed-citation>Constantinescu, O. D., Glassmeier, K.-H., Motschmann, U., Treumann, R. A., Fornaçon, K.-H., and Fränz, M.: Plasma wave source location using CLUSTER as a spherical wave telescope, J. Geophys. Res., 111, A09221, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2005JA011550" ext-link-type="DOI">10.1029/2005JA011550</ext-link>, 2006.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx4"><?xmltex \def\ref@label{Gauss(1839)}?><label>Gauss(1839)</label><?label gauss1839?><mixed-citation>
Gauss, C. F.: Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus: Resultate aus den
Beobachtungen des magnetischen Vereins im Jahre 1838, edited by:
Gauss, C. F. and Weber, W., 1–57, Weidmannsche Buchhandlung, Leipzig,
1839.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx5"><?xmltex \def\ref@label{Glassmeier and Tsurutani(2014)}?><label>Glassmeier and Tsurutani(2014)</label><?label glassmeier2014?><mixed-citation>Glassmeier, K.-H. and Tsurutani, B. T.: Carl Friedrich Gauss – <italic>General Theory of Terrestrial Magnetism</italic> – a revised translation of the German text, Hist. Geo Space. Sci., 5, 11–62, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/hgss-5-11-2014" ext-link-type="DOI">10.5194/hgss-5-11-2014</ext-link>, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx6"><?xmltex \def\ref@label{Glassmeier et al.(1999)}?><label>Glassmeier et al.(1999)</label><?label glassmeier1999?><mixed-citation>Glassmeier, K.-H., Othmer, C., Cramm, R., Stellmacher, M., and Engebretson, M.: Magnetospheric field line resonances: A comparative planetology approach, Surv. Geophys., 20, 61–109, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1023/A:1006659717963" ext-link-type="DOI">10.1023/A:1006659717963</ext-link>, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx7"><?xmltex \def\ref@label{Glassmeier et al.(2001)}?><label>Glassmeier et al.(2001)</label><?label glassmeier2001?><mixed-citation>Glassmeier, K.-H., Motschmann, U., Dunlop, M., Balogh, A., Acuña, M. H., Carr, C., Musmann, G., Fornaçon, K.-H., Schweda, K., Vogt, J., Georgescu, E., and Buchert, S.: Cluster as a wave telescope – first results from the fluxgate magnetometer, Ann. Geophys., 19, 1439–1447, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/angeo-19-1439-2001" ext-link-type="DOI">10.5194/angeo-19-1439-2001</ext-link>, 2001.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx8"><?xmltex \def\ref@label{Harris(1962)}?><label>Harris(1962)</label><?label harris1962?><mixed-citation>Harris, E. G.: On a plasma sheath separating regions of oppositely
directed magnetic fields, Nuovo Cim. 23, 115–121, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1007/BF02733547" ext-link-type="DOI">10.1007/BF02733547</ext-link>, 1962.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx9"><?xmltex \def\ref@label{Haykin(2014)}?><label>Haykin(2014)</label><?label haykin2014?><mixed-citation>
Haykin, S.: Adaptive Filter Theory, 5th Edn., International edition, Pearson, ISBN 10: 0-273-76408-X, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx10"><?xmltex \def\ref@label{Klein and Spence(2021)}?><label>Klein and Spence(2021)</label><?label klein2021?><mixed-citation>Klein, K. and Spence, H. and the HelioSwarm Science Team: HelioSwarm: Leveraging Multi-Point, Multi-Scale Spacecraft Observations to Characterize Turbulence, EGU General Assembly 2021, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-6812, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-6812" ext-link-type="DOI">10.5194/egusphere-egu21-6812</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx11"><?xmltex \def\ref@label{McPherron(1995)}?><label>McPherron(1995)</label><?label kivelsonrussell1995?><mixed-citation>
McPherron, R. L.: Magnetospheric dynamics, in: Introduction to space physics, Cambridge University Press, Cambridge, 400–458, edited by: Kivelson, M. G. and Russell, C. T, ISBN-10: 0-521-45104-3, 1995.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx12"><?xmltex \def\ref@label{Motschmann et~al.(1996)}?><label>Motschmann et al.(1996)</label><?label motschmann1996?><mixed-citation>Motschmann, U., Woodward, T. I., Glassmeier, K.-H.,
Southwood, D. J., and Pinçon, J.-L.:
Wavelength and direction filtering by magnetic measurements
at satellite arrays: Generalized minimum variance analysis,
J. Geophys. Res., 101, 4961–4966, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/95JA03471" ext-link-type="DOI">10.1029/95JA03471</ext-link>, 1996.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx13"><?xmltex \def\ref@label{Narita(2019)}?><label>Narita(2019)</label><?label narita2019?><mixed-citation>Narita, Y.:
A note on Capon's minimum variance projection
for multi-spacecraft data analysis,
Front. Phys., 7,  8, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.3398/fphy.2019.00008" ext-link-type="DOI">10.3398/fphy.2019.00008</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx14"><?xmltex \def\ref@label{Narita et al.(2003)}?><label>Narita et al.(2003)</label><?label narita2003?><mixed-citation>Narita, Y.,  Glassmeier, K.-H., Schäfer, S., Motschmann, U., Sauer, K., Dandouras, I., Fornaçon, K. H., Georgescu, E., and Rème, H.: Dispersion analysis of ULF waves in the foreshock using cluster data and the wave telescope technique, Geophys. Res. Lett., 30, 1710, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2003GL017432" ext-link-type="DOI">10.1029/2003GL017432</ext-link>, 2003.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx15"><?xmltex \def\ref@label{Narita et al.(2009)}?><label>Narita et al.(2009)</label><?label narita2009?><mixed-citation>Narita, Y., Kleindienst, G., and Glassmeier, K.-H.: Evaluation of magnetic helicity density in the wave number domain
using multi-point measurements in space, Ann. Geophys., 27, 3967–3976, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/angeo-27-3967-2009" ext-link-type="DOI">10.5194/angeo-27-3967-2009</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx16"><?xmltex \def\ref@label{Narita et al.(2013)}?><label>Narita et al.(2013)</label><?label narita2013?><mixed-citation>Narita, Y., Nakamura, R., and Baumjohann, W.: Cluster as current sheet surveyor in the magnetotail, Ann. Geophys., 31, 1605–1610, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/angeo-31-1605-2013" ext-link-type="DOI">10.5194/angeo-31-1605-2013</ext-link>, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx17"><?xmltex \def\ref@label{Narita et al.(2022)}?><label>Narita et al.(2022)</label><?label narita2022?><mixed-citation>Narita, Y., Glassmeier, K.-H., and Motschmann, U.: The wave telescope technique, J.
Geophys. Res., 127, e2021JA030165, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2021JA030165" ext-link-type="DOI">10.1029/2021JA030165</ext-link>, 2022.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx18"><?xmltex \def\ref@label{Plaschke et al.(2008)}?><label>Plaschke et al.(2008)</label><?label plaschke2008?><mixed-citation>Plaschke, F., Glassmeier, K.-H., Constantinescu, O. D., Mann, I. R., Milling, D. K., Motschmann, U., and Rae, I. J.: Statistical analysis of ground based magnetic field measurements with the field line resonance detector, Ann. Geophys., 26, 3477–3489, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/angeo-26-3477-2008" ext-link-type="DOI">10.5194/angeo-26-3477-2008</ext-link>, 2008.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx19"><?xmltex \def\ref@label{Toepfer et al.(2020a)}?><label>Toepfer et al.(2020a)</label><?label toepfer2020a?><mixed-citation>Toepfer, S., Narita, Y., Heyner, D., and Motschmann, U.:
The Capon method for Mercury's magnetic field analysis,
Front. Phys., 8, 249, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00249" ext-link-type="DOI">10.3389/fphy.2020.00249</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx20"><?xmltex \def\ref@label{Toepfer et al.(2020b)}?><label>Toepfer et al.(2020b)</label><?label toepfer2020b?><mixed-citation>Toepfer, S., Narita, Y., Heyner, D., Kolhey, P., and Motschmann, U.: Mathematical foundation of Capon's method for planetary magnetic field analysis, Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 9, 471–481, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.5194/gi-9-471-2020" ext-link-type="DOI">10.5194/gi-9-471-2020</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx21"><?xmltex \def\ref@label{Toepfer et al.(2021)}?><label>Toepfer et al.(2021)</label><?label toepfer2021?><mixed-citation>Toepfer, S., Narita,  Y., Exner, W., Heyner, D., Kolhey, P., Glassmeier, K.-H., and Motschmann, U.: The Mie representation for Mercury’s magnetospheric currents, Earth Planet. Space, 73, 65, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1186/s40623-021-01536-8" ext-link-type="DOI">10.1186/s40623-021-01536-8</ext-link>, 2021.</mixed-citation></ref>
      <?pagebreak page267?><ref id="bib1.bibx22"><?xmltex \def\ref@label{Vernisse et al.(2018)}?><label>Vernisse et al.(2018)</label><?label vernisse2018?><mixed-citation>Vernisse, Y., Riousset, J. A., Motschmann, U., and Glassmeier, K.-H.: Simulations of stellar winds and planetary bodies: Magnetized obstacles in a super-Alfvènic flow with southward IMF, Planet. Space Sci., 152, 18–30, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.01.010" ext-link-type="DOI">10.1016/j.pss.2018.01.010</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bibx23"><?xmltex \def\ref@label{Zhang et al.(2013)}?><label>Zhang et al.(2013)</label><?label zhang2013?><mixed-citation>Zhang, Y. C., Shen, C., Liu, Z. X., Rong, Z. J., Zhang, T. L., Marchaudon, A., Zhang, H., Duan, S. P., Ma, Y. H., Dunlop, M. W., Yang, Y. Y., Carr, C. M., and Dandouras, I.: Two different types of plasmoids in the plasma sheet: Cluster multisatellite analysis application, J. Geophys. Res., 118, 5437–5444, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1002/jgra.50542" ext-link-type="DOI">10.1002/jgra.50542</ext-link>, 2013.
</mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bibx24"><?xmltex \def\ref@label{Zong et al.(2004)}?><label>Zong et al.(2004)</label><?label zong2004?><mixed-citation>Zong, Q.-G., Fritz, T. A., Pu, Z. Y., Fu, S. Y., Baker, D. N., Vogiatzis, I., Glassmeier, K.-H., Korth, A., Daly, P. W., Balogh, A., and Reme, H.: Cluster observations of earthward flowing in the tail, Geophys. Res. Let., 31, L18803, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1029/2004GL020692" ext-link-type="DOI">10.1029/2004GL020692</ext-link>, 2004.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>Concerning the detection of electromagnetic knot structures in space plasmas using the wave telescope technique</article-title-html>
<abstract-html/>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>Cameron(2018)</label><mixed-citation>
      
Cameron, R. P.: Monochromatic knots and other unusual electromagnetic disturbances: light localised in 3D,
J. Phys. Commun., 2, 015024, <a href="https://doi.org/10.1088/2399-6528/aa9761" target="_blank">https://doi.org/10.1088/2399-6528/aa9761</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>Capon(1969)</label><mixed-citation>
      
Capon, J.: High resolution frequency-wavenumber spectrum analysis,
Proc. IEEE, 57, 1408–1418, <a href="https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7278" target="_blank">https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7278</a>, 1969.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>Contantinescu et al.(2006)</label><mixed-citation>
      
Constantinescu, O. D., Glassmeier, K.-H., Motschmann, U., Treumann, R. A., Fornaçon, K.-H., and Fränz, M.: Plasma wave source location using CLUSTER as a spherical wave telescope, J. Geophys. Res., 111, A09221, <a href="https://doi.org/10.1029/2005JA011550" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2005JA011550</a>, 2006.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>Gauss(1839)</label><mixed-citation>
      
Gauss, C. F.: Allgemeine Theorie des Erdmagnetismus: Resultate aus den
Beobachtungen des magnetischen Vereins im Jahre 1838, edited by:
Gauss, C. F. and Weber, W., 1–57, Weidmannsche Buchhandlung, Leipzig,
1839.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>Glassmeier and Tsurutani(2014)</label><mixed-citation>
      
Glassmeier, K.-H. and Tsurutani, B. T.: Carl Friedrich Gauss – <i>General Theory of Terrestrial Magnetism</i> – a revised translation of the German text, Hist. Geo Space. Sci., 5, 11–62, <a href="https://doi.org/10.5194/hgss-5-11-2014" target="_blank">https://doi.org/10.5194/hgss-5-11-2014</a>, 2014.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>Glassmeier et al.(1999)</label><mixed-citation>
      
Glassmeier, K.-H., Othmer, C., Cramm, R., Stellmacher, M., and Engebretson, M.: Magnetospheric field line resonances: A comparative planetology approach, Surv. Geophys., 20, 61–109, <a href="https://doi.org/10.1023/A:1006659717963" target="_blank">https://doi.org/10.1023/A:1006659717963</a>, 1999.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>Glassmeier et al.(2001)</label><mixed-citation>
      
Glassmeier, K.-H., Motschmann, U., Dunlop, M., Balogh, A., Acuña, M. H., Carr, C., Musmann, G., Fornaçon, K.-H., Schweda, K., Vogt, J., Georgescu, E., and Buchert, S.: Cluster as a wave telescope – first results from the fluxgate magnetometer, Ann. Geophys., 19, 1439–1447, <a href="https://doi.org/10.5194/angeo-19-1439-2001" target="_blank">https://doi.org/10.5194/angeo-19-1439-2001</a>, 2001.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>Harris(1962)</label><mixed-citation>
      
Harris, E. G.: On a plasma sheath separating regions of oppositely
directed magnetic fields, Nuovo Cim. 23, 115–121, <a href="https://doi.org/10.1007/BF02733547" target="_blank">https://doi.org/10.1007/BF02733547</a>, 1962.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>Haykin(2014)</label><mixed-citation>
      
Haykin, S.: Adaptive Filter Theory, 5th Edn., International edition, Pearson, ISBN 10: 0-273-76408-X, 2014.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>Klein and Spence(2021)</label><mixed-citation>
      
Klein, K. and Spence, H. and the HelioSwarm Science Team: HelioSwarm: Leveraging Multi-Point, Multi-Scale Spacecraft Observations to Characterize Turbulence, EGU General Assembly 2021, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-6812, <a href="https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-6812" target="_blank">https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-6812</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>McPherron(1995)</label><mixed-citation>
      
McPherron, R. L.: Magnetospheric dynamics, in: Introduction to space physics, Cambridge University Press, Cambridge, 400–458, edited by: Kivelson, M. G. and Russell, C. T, ISBN-10: 0-521-45104-3, 1995.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>Motschmann et al.(1996)</label><mixed-citation>
      
Motschmann, U., Woodward, T. I., Glassmeier, K.-H.,
Southwood, D. J., and Pinçon, J.-L.:
Wavelength and direction filtering by magnetic measurements
at satellite arrays: Generalized minimum variance analysis,
J. Geophys. Res., 101, 4961–4966, <a href="https://doi.org/10.1029/95JA03471" target="_blank">https://doi.org/10.1029/95JA03471</a>, 1996.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>Narita(2019)</label><mixed-citation>
      
Narita, Y.:
A note on Capon's minimum variance projection
for multi-spacecraft data analysis,
Front. Phys., 7,  8, <a href="https://doi.org/10.3398/fphy.2019.00008" target="_blank">https://doi.org/10.3398/fphy.2019.00008</a>, 2019.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>Narita et al.(2003)</label><mixed-citation>
      
Narita, Y.,  Glassmeier, K.-H., Schäfer, S., Motschmann, U., Sauer, K., Dandouras, I., Fornaçon, K. H., Georgescu, E., and Rème, H.: Dispersion analysis of ULF waves in the foreshock using cluster data and the wave telescope technique, Geophys. Res. Lett., 30, 1710, <a href="https://doi.org/10.1029/2003GL017432" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2003GL017432</a>, 2003.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>Narita et al.(2009)</label><mixed-citation>
      
Narita, Y., Kleindienst, G., and Glassmeier, K.-H.: Evaluation of magnetic helicity density in the wave number domain
using multi-point measurements in space, Ann. Geophys., 27, 3967–3976, <a href="https://doi.org/10.5194/angeo-27-3967-2009" target="_blank">https://doi.org/10.5194/angeo-27-3967-2009</a>, 2009.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>Narita et al.(2013)</label><mixed-citation>
      
Narita, Y., Nakamura, R., and Baumjohann, W.: Cluster as current sheet surveyor in the magnetotail, Ann. Geophys., 31, 1605–1610, <a href="https://doi.org/10.5194/angeo-31-1605-2013" target="_blank">https://doi.org/10.5194/angeo-31-1605-2013</a>, 2013.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>Narita et al.(2022)</label><mixed-citation>
      
Narita, Y., Glassmeier, K.-H., and Motschmann, U.: The wave telescope technique, J.
Geophys. Res., 127, e2021JA030165, <a href="https://doi.org/10.1029/2021JA030165" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2021JA030165</a>, 2022.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>Plaschke et al.(2008)</label><mixed-citation>
      
Plaschke, F., Glassmeier, K.-H., Constantinescu, O. D., Mann, I. R., Milling, D. K., Motschmann, U., and Rae, I. J.: Statistical analysis of ground based magnetic field measurements with the field line resonance detector, Ann. Geophys., 26, 3477–3489, <a href="https://doi.org/10.5194/angeo-26-3477-2008" target="_blank">https://doi.org/10.5194/angeo-26-3477-2008</a>, 2008.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>Toepfer et al.(2020a)</label><mixed-citation>
      
Toepfer, S., Narita, Y., Heyner, D., and Motschmann, U.:
The Capon method for Mercury's magnetic field analysis,
Front. Phys., 8, 249, <a href="https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00249" target="_blank">https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00249</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>Toepfer et al.(2020b)</label><mixed-citation>
      
Toepfer, S., Narita, Y., Heyner, D., Kolhey, P., and Motschmann, U.: Mathematical foundation of Capon's method for planetary magnetic field analysis, Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 9, 471–481, <a href="https://doi.org/10.5194/gi-9-471-2020" target="_blank">https://doi.org/10.5194/gi-9-471-2020</a>, 2020.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>Toepfer et al.(2021)</label><mixed-citation>
      
Toepfer, S., Narita,  Y., Exner, W., Heyner, D., Kolhey, P., Glassmeier, K.-H., and Motschmann, U.: The Mie representation for Mercury’s magnetospheric currents, Earth Planet. Space, 73, 65, <a href="https://doi.org/10.1186/s40623-021-01536-8" target="_blank">https://doi.org/10.1186/s40623-021-01536-8</a>, 2021.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>Vernisse et al.(2018)</label><mixed-citation>
      
Vernisse, Y., Riousset, J. A., Motschmann, U., and Glassmeier, K.-H.: Simulations of stellar winds and planetary bodies: Magnetized obstacles in a super-Alfvènic flow with southward IMF, Planet. Space Sci., 152, 18–30, <a href="https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.01.010" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.01.010</a>, 2018.

    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>Zhang et al.(2013)</label><mixed-citation>
      
Zhang, Y. C., Shen, C., Liu, Z. X., Rong, Z. J., Zhang, T. L., Marchaudon, A., Zhang, H., Duan, S. P., Ma, Y. H., Dunlop, M. W., Yang, Y. Y., Carr, C. M., and Dandouras, I.: Two different types of plasmoids in the plasma sheet: Cluster multisatellite analysis application, J. Geophys. Res., 118, 5437–5444, <a href="https://doi.org/10.1002/jgra.50542" target="_blank">https://doi.org/10.1002/jgra.50542</a>, 2013.


    </mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib24"><label>Zong et al.(2004)</label><mixed-citation>
      
Zong, Q.-G., Fritz, T. A., Pu, Z. Y., Fu, S. Y., Baker, D. N., Vogiatzis, I., Glassmeier, K.-H., Korth, A., Daly, P. W., Balogh, A., and Reme, H.: Cluster observations of earthward flowing in the tail, Geophys. Res. Let., 31, L18803, <a href="https://doi.org/10.1029/2004GL020692" target="_blank">https://doi.org/10.1029/2004GL020692</a>, 2004.

    </mixed-citation></ref-html>--></article>
