<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Astron. Space Sci.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Astronomy and Space Sciences</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Astron. Space Sci.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-987X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1200485</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2023.1200485</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Astronomy and Space Sciences</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Drift phase resolved diffusive radiation belt model: 1. Theoretical framework</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Lejosne and Albert</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1200485">10.3389/fspas.2023.1200485</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>Sol&#xe8;ne</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1183138/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>Jay M.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1544164/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Space Sciences Laboratory</institution>, <institution>University of California, Berkeley</institution>, <addr-line>Berkeley</addr-line>, <addr-line>CA</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Air Force Research Laboratory</institution>, <institution>Kirtland AFB</institution>, <addr-line>Albuquerque</addr-line>, <addr-line>NM</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1790088/overview">Qianli Ma</ext-link>, Boston University, United States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1391876/overview">Paul O&#x2019;Brien</ext-link>, The Aerospace Corporation, United States</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/290921/overview">Zhenpeng Su</ext-link>, University of Science and Technology of China, China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Sol&#xe8;ne Lejosne, <email>solene@berkeley.edu</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>04</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1200485</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>05</day>
<month>04</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>08</day>
<month>06</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Lejosne and Albert.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Lejosne and Albert</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Most physics-based models provide a coarse three-dimensional representation of radiation belt dynamics at low time resolution, of the order of a few drift periods. The description of the effect of trapped particle transport on radiation belt intensity is based on the random phase approximation, and it is in one dimension only: the third adiabatic invariant coordinate, akin to a phase-averaged radial distance. This means that these radiation belt models do not resolve the drift phase or, equivalently, the magnetic local time. Yet, <italic>in situ</italic> measurements suggest that radiation belt intensity frequently depends on magnetic local time, at least transiently, such as during active times. To include processes generating azimuthal variations in trapped particle fluxes and to quantify their relative importance in radiation belt energization, an improvement in the spatiotemporal resolution of the radiation belt models is required. The objective of this study is to pave the way for a new generation of diffusive radiation belt models capable of retaining drift phase information. Specifically, we highlight a two-dimensional equation for the effects of trapped particle transport on radiation belt intensity. With a theoretical framework that goes beyond the radial diffusion paradigm, the effects of trapped particle bulk motion, as well as diffusion, are quantified in terms of Euler potentials, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, quantities akin to the radial and azimuthal directions. This work provides the theoretical foundations underlying the drift phase resolved transport equation for radiation belt dynamics. It also brings forward the concept of azimuthal diffusion as a phase-mixing agent.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>radiation belts</kwd>
<kwd>Fokker&#x2013;Planck equation</kwd>
<kwd>adiabatic invariants</kwd>
<kwd>Euler potentials</kwd>
<kwd>radial transport</kwd>
<kwd>radial diffusion</kwd>
<kwd>azimuthal diffusion</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Space Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>The motion of energetic particles trapped in planetary radiation belts is a superposition of three quasi-periodic motions, each evolving on a very distinct spatiotemporal scale, with an amplitude quantified by an adiabatic invariant (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B27">Northrop and Teller, 1960</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Schulz and Lanzerotti, 1974</xref>):<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(1) A very fast and small motion of gyration around the magnetic field direction.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(2) A slower and bigger bounce motion between the planet&#x2019;s hemispheres, along the magnetic field direction.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(3) A slow and large drift motion around the planet in a direction perpendicular to the magnetic field direction.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The scale separation between these three quasi-periodic motions spans several orders of magnitude in time and space.</p>
<p>Combining adiabatic invariant theory with Fokker&#x2013;Planck formalism yields the theoretical framework for a <italic>probabilistic</italic> model of radiation belt dynamics (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B32">Roederer and Zhang, 2014</xref>). The Fokker&#x2013;Planck formalism accounts for uncertainties in electromagnetic field characterization. The adiabatic theory allows for a three-dimensional <italic>phase-averaged</italic> representation of radiation belt dynamics rather than a full six-dimensional description in phase space.</p>
<p>The description of radiation belt dynamics as a three-dimensional Fokker&#x2013;Planck equation reduced to a diffusion equation requires minimal computational resources. This quality has enabled the development of many radiation belt computer codes over the years: Salammb&#xf4; (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B2">Beutier and Boscher, 1995</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">N&#xe9;non et al., 2017</xref>), Diffusion in (I,L,B) Energetic Radiation Tracker (DILBERT) (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Albert et al., 2009</xref>), Versatile Electron Radiation Belt (VERB) (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Subbotin and Shprits, 2009</xref>), Storm-Time Evolution of Electron Radiation Belt (STEERB) (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Su et al., 2010</xref>), DREAM3D, as part of the Dynamic Radiation Environment Assimilation Model (DREAM) project (<xref ref-type="bibr" rid="B41">Tu et al., 2013</xref>), and British Antarctic Survey Radiation Belt Model (BAS RBM) (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Glauert et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Woodfield et al., 2014</xref>) are all examples of radiation belt codes relying on the same theoretical basis. While first implemented in the case of terrestrial radiation belts, the three-dimensional Fokker&#x2013;Planck equation has also been transposed to the radiation belts of Jupiter and Saturn. The resulting codes are widely used for scientific research (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B43">Varotsou et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Woodfield et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Drozdov et al., 2020</xref>) and for space weather purposes (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B11">Glauert et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Horne et al., 2021</xref>).</p>
<p>On the technical side, these computer codes consist of solving a diffusion equation that provides an <italic>approximate</italic> description for the time evolution of the radiation belts:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the phase-averaged phase space density, <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the action variables, which are proportional to the adiabatic invariants by physical constants, and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the phase-averaged diffusion coefficients. According to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>, radiation belts are primarily driven by very small, uncorrelated perturbations to the particle trajectories, at all spatiotemporal scales, from the gyro-scale up to the drift scale. The &#x201c;<inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; and &#x201c;<inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x201d; terms account for other non-diffusive processes affecting the distribution function (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B35">Schulz and Lanzerotti, 1974</xref>). It is worth emphasizing that all quantities in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> are <italic>drift-averaged</italic>, i.e., they are phase-averaged over all three phases. It means that this theoretical formulation cannot resolve the drift phase of trapped particles, or equivalently, the magnetic local time (<inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) dimension: the resulting modeled radiation belt intensity, <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is independent of magnetic local time.</p>
<p>From a theoretical standpoint, it is a reasonable first approximation to consider that radiation belt intensity is independent of magnetic local time: any <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dependent structure is expected to dissipate rapidly, on a timescale of a few drift periods, because of the mechanism of phase mixing (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B35">Schulz and Lanzerotti, 1974</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Ukhorskiy and Sitnov, 2013</xref>). Yet, in practice, <italic>in situ</italic> measurements of trapped particle fluxes suggest that radiation belt intensity frequently depends on the magnetic local time, at least transiently. Both inner and outer terrestrial radiation belt fluxes typically display drift-periodic oscillations. Depending on the situation, these drift-periodic signatures can be interpreted as drift echoes following <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-localized injections, dropout echoes following <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-localized losses, or evidence of trapped particles&#x2019; drift resonance with ULF waves (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B34">Sauvaud et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Hao et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Patel et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Lejosne and Mozer, 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Zhao et al., 2022</xref>). Drift echoes have also been reported in Saturnian radiation belt fluxes (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B13">Hao et al., 2020</xref>).</p>
<p>In all cases, processes generating drift-periodic signatures are important due to their connection to radiation belt energization (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B17">Hudson et al., 2020</xref>). Yet, three-dimensional radiation belt models cannot account for the generation of drift-periodic signatures. Instead, drift-periodic signatures are usually modeled independently of other processes, by tracking the drift motion of test particles (guiding centers) in prescribed electric and magnetic fields, omitting local processes occurring along the gyration and bounce motions (such as local acceleration by chorus waves for instance) (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B24">Li et al., 1993</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Hudson et al., 2017</xref>).</p>
<p>In that context, it is necessary to introduce a general equation for radiation belt dynamics that includes <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-localized effects, and that can account for both local processes, at the gyro-scale, and large-scale effects associated with the radial transport. An equation that meets these requirements is detailed in the following section. It relies on the work by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref>, in which a two-dimensional drift-diffusion equation was derived assuming conservation of the first two adiabatic invariants. It is straightforward to generalize the proposed equation to include diffusion in the first two adiabatic invariants. We present a compact way to retrieve the equation proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref>, combining Fokker&#x2013;Planck formalism with relationships derived from the Hamiltonian theory. While adjustments to the three-dimensional diffusion Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> have already been proposed to resolve the drift phase in radiation belt models (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bourdarie et al., 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Shprits et al., 2015</xref>) and ring current models can resolve local time (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B18">Jordanova et al., 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Fok et al., 2014</xref>), we propose an alternative from the first principles and describe its underlying theoretical assumptions. Similar to the theoretical framework for ring current models (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B10">Fok and Moore, 1997</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Yu et al., 2016</xref>), the work discussed thereafter relies on the representation of the inner magnetosphere in terms of Euler potentials (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B37">Stern, 1967</xref>). That is why the outline of the remainder is as follows: in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, we provide the theoretical background necessary to derive the equation proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref>. In particular, we recall how to derive the standard radial diffusion equation before deconstructing it. We introduce the Euler potential coordinates and relate the Euler coordinates to the third adiabatic invariant. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we show how the Fokker&#x2013;Planck equation in terms of Euler potential coordinates yields a two-dimensional drift-diffusion equation when Hamiltonian relationships between the Euler coordinates are taken into account.</p>
<p>Since this work focuses on improving the modeling of drift effects on radiation belt intensity, we first assume conservation of the first two adiabatic invariants. Thus, all considered quantities are bounce-averaged. We also omit any significant source or loss mechanism. A generalization of the resulting transport equation to include diffusion of the first two adiabatic invariants is straightforward. It is provided at the end of <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Theoretical background</title>
<p>We briefly recall how to derive the standard radial diffusion equation. This informs how to derive the same equation as the one proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref> (<xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>). We also detail the concept of Euler potentials and highlight their connection to the third adiabatic invariant.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Derivation of the standard radiation belt radial diffusion equation</title>
<p>In the following section, the third adiabatic invariant, <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is abbreviated to <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> out of convenience. The objective is to describe the time evolution of a distribution function, <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that quantifies the number of particles per unit of <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (assuming conservation of the first two adiabatic invariants). This quantity is proportional to the drift-averaged phase space density by a physical constant (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B32">Roederer and Zhang, 2014</xref>, their chapter 4). The usual assumption is that many very small uncorrelated random changes of the variable, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, occur between times <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with a very small total effect <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In this case, the time evolution of the distribution function, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is provided by a Fokker&#x2013;Planck equation (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B30">Roederer, 1970</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Walt, 1994</xref>):<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rate of change for the expected value of the third invariant variation, <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rate of change for the expected value of the third invariant squared variation. A rewriting of the right-hand side of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> provides a mathematically equivalent formulation:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>which can also be written as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To transform this equation into a radial diffusion equation, we use the fact that the two coefficients <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are not independent of each other:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>(e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B25">Lichtenberg and Lieberman, 1992</xref>, their section 5.4a; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Lejosne and Kollmann, 2020</xref>, their section 2.3.2). This relationship (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref>) relies on the assumption of drift phase homogeneity, also known as random drift phase approximation, meaning that each drift phase location is equiprobable. In this context, the Fokker&#x2013;Planck Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> reduces to a diffusion equation:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the diffusion coefficient in <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The diffusion equation is often rewritten in terms of <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>  <mml:mrow>  <mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the radial diffusion coefficient.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Euler potentials</title>
<p>An appropriate coordinate to discuss radial diffusion is the <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> coordinate (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Roederer, 1967</xref>), inversely proportional to the third adiabatic invariant, <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>). In the following section, we argue that <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is not suited when the objective is to resolve the drift phase. Instead, we introduce the best-suited coordinate, <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x201c;double-struck L&#x201d; or &#x201c;L-Euler&#x201d;). We discuss the relationship between <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by detailing the underlying role of the Euler potentials.</p>
<sec id="s2-2-1">
<title>2.2.1 Third adiabatic invariant, deconstructed in terms of Euler potentials</title>
<p>The radial diffusion equation, retrieved in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref> (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>), describes the time evolution of the number of particles per unit of third adiabatic invariant, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, or equivalently, <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The quantities <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are <italic>MLT-averaged</italic> by design. Indeed, the third invariant of a trapped population, <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is proportional to the magnetic flux encompassed by the guiding drift shell:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic vector potential (<inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the surface encompassed by the instantaneous drift contour, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, of the trapped population. The instantaneous drift contour, <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, can be viewed as the intersection of the guiding drift shell with a surface, such as the minimum B-surface (see also, <xref ref-type="bibr" rid="B30">Roederer, 1970</xref>, p. 76&#x2013;79). In other words, to quantify the third adiabatic invariant, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it is necessary to know the guiding drift shell, that is, the set of guiding center locations <italic>at all magnetic local times</italic>, treating the electromagnetic fields as stationary.</p>
<p>An important underlying requirement to sort trapped particle fluxes using the third adiabatic invariant is the so-called <italic>frozen field condition</italic>, where in the presence of magnetic field time variations, the cold (frozen) plasma <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> drifts to remain on the same magnetic field line (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Birmingham and Jones, 1968</xref>). This assumption requires the Earth&#x2019;s surface to be a perfect conductor and no component of the electric field to be parallel to the magnetic field direction. In this context, the footpoints of a magnetic field line are rooted at fixed locations at ionospheric altitudes, while the rest of the field line can &#x201c;move&#x201d; (stretch, compress, distort) in the magnetosphere in the presence of magnetic field time variations. Thus, the frozen field condition enables a tempting, yet disputed, concept of field line &#x201c;flagging&#x201d; and its corollary, field line &#x201c;motion&#x201d; (<xref ref-type="bibr" rid="B8">F&#xe4;lthammar and Mozer, 2007</xref>). It is indeed worth emphasizing that a field line is an imaginary concept that aids to visualize the magnitude and direction of a vector field, so there should be no way of differentiating a field line from the other. We assume nonetheless that we can label field lines based on the locations of their rooted ionospheric footpoints. In this context, to determine a guiding drift shell or an instantaneous drift contour, <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and to compute the third adiabatic invariant, we now have to know the set of field lines that were scanned by the drifting guiding centers <italic>at all magnetic local times</italic>. In other words, we need information on the field line label at each magnetic local time. This can be done by leveraging the Euler potentials, as discussed in the following.</p>
<p>The Euler potentials <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are a convenient tool for labeling field lines. They are analogous to the stream function in an incompressible flow in fluid mechanics. They offer a representation of the magnetic field intrinsically dependent on its topology (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B37">Stern, 1967</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B38">1970</xref>). Their characterization relies on the fact that the magnetic field is a solenoidal vector field, i.e., <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The Euler potentials are such that<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, the Euler potentials are constant along the magnetic field lines. Since the vector potential can be viewed as <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a reformulation of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> in terms of Euler potential yields<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Although there is no uniformity in the definition of the Euler potentials, a suitable set of Euler potentials in a magnetic dipole field is<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30,000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nT is the magnetic equatorial field at the surface of the Earth, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6370</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is one Earth radius, and (<inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are the radial distance, magnetic colatitude, and azimuthal (i.e., MLT) location with respect to the center of the dipole magnetic moment, respectively.</p>
<p>In the presence of a distorted magnetic field, the expressions provided in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> are not valid anymore. That said, it is possible to leverage the facts that (a) the field line footpoints are rooted at ionospheric altitudes, a region where the ambient magnetic field is mainly dipolar, so the Euler potentials can be described by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> at ionospheric altitudes and (b) the Euler potentials are constant along the magnetic field lines. With that in mind, we can define a set of Euler potentials <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that at the footpoints (<inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and thus all along the field lines:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where (<inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), respectively, indicate the magnetic colatitude and longitude of the field line footpoint at <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the Earth&#x2019;s surface.</p>
<p>If a distorted magnetic field were to change into a dipole field, each field line would &#x201c;move&#x201d; in geospace, adopting a dipolar shape, while its footpoints would stay rooted at fixed ionospheric latitudes. Leveraging Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> in the newly transformed dipole field, a dipolar field line with footpoints at (<inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) would have its equatorial apex <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, the intersection of the dipolar field line footpoint and the magnetic equator (<inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) would be at<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The physical interpretation of this thought experiment is similar to the physical interpretation of the <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter. The <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> coordinate corresponds to the normalized equatorial radius of the circular guiding contour on which trapped particles would drift after all non-dipolar contributions to the magnetic field and all electric field components have been turned off adiabatically. Here, we introduce the parameter <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (&#x201c;double-struck L&#x201d; or &#x201c;L-Euler&#x201d;) such that<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic colatitude of the footpoint at <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the field line passing through the location considered. It corresponds to the normalized equatorial radius of the <italic>field line</italic> on which trapped particles would bounce if all non-dipolar contributions to the magnetic field were turned off relatively fast (a few bounce periods). As for the angle variable, <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, one can reasonably assume no significant longitudinal bending of the field lines when the magnetic field is stretched or compressed. Thus, in terms of Euler potentials, we have in general that<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, given that <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we obtain<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The parameter <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the harmonic mean of the <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> coordinate along the guiding contour, <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a relationship that can be utilized to quantify <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B21">Lejosne, 2014</xref>). In the presence of quasi-trapped particles, i.e., guiding centers drifting along on open drift contour, the parameter <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> cannot be defined. On the other hand, the <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> coordinate can still be defined on open drift contour, as long as we are dealing with a closed field line.</p>
<p>An illustration to the concepts discussed here is provided in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> A few magnetic field lines constitutive of a trapped particle drift shell, together with the locations of the field line footpoints, necessary to determine the L&#x2a; parameter&#x2014;adapted from <xref ref-type="bibr" rid="B30">Roederer (1970)</xref>. <bold>(B)</bold> A stretch magnetic field line (in red) is relaxed into its dipolar shape (in blue). The field line footpoint remains rooted at the same ionospheric colatitude, <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a parameter that determines the <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter, of use for field line labeling. The parameter <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to the normalized equatorial radius of the dipolar field line (in blue)&#x2014;adapted from <xref ref-type="bibr" rid="B21">Lejosne (2014)</xref>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-10-1200485-g001.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>2.2.2 Euler potentials as appropriate variables to describe bounce-average drift motion of trapped and quasi-trapped particles</title>
<p>The Euler potentials <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are proportional to canonical variables, that is,<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a Hamiltonian proportional to the total energy of the guiding center (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Northrop and Teller, 1960</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al., 1967</xref>):<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the kinetic energy, q is the charge of the population considered, and <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the electric potential.</p>
<p>One consequence of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> is that the variations of the Euler potentials are related:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This property will be leveraged to transform a two-dimensional Fokker&#x2013;Planck equation in terms of Euler potentials, <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, in a two-dimensional drift-diffusion equation.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 New derivation of Birmingham et al.&#x2019;s transport equation to describe trapped particle transport effects on radiation belt intensity</title>
<p>Here, we present a compact way to retrieve the equation proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref>. This equation represents the time evolution of radiation belt intensity due to transport processes. We describe the time evolution of a distribution function, <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that quantifies the number of particles per unit of Euler potential surface <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This function, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is proportional to the phase space density averaged over both gyration and bounce phases by a physical constant. It relates to the drift-averaged distribution function, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, introduced in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>, since the number of particles per unit of third invariant, <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (with <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x222e;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We assume that many very small random changes of the Euler coordinates occur between times <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with a very small total effect. The resulting two-dimensional Fokker&#x2013;Planck equation is<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m119">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where the angle bracket sign, <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicates the rate of change of the expected value for the bracketed variable and <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Just like in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref> (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">3</xref>), we rewrite Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> as<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m122">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The terms between the large parentheses in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> are<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m123">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mspace width="0pt"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m124">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mspace width="0pt"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Using the Hamiltonian relationships between the Euler potentials (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>), we have shown in the <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix</xref> that<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>provided that the time interval, <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is very small in comparison with the characteristic time for the time variation of the Hamiltonian (<inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In practice, the time interval, <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is of the order of a few bounce periods, that is, very small in comparison with the drift period. The squared brackets, <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicate the expected value of the bracketed variable.</p>
<p>Combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> becomes a drift-diffusion equation:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m130">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Given Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">19</xref>, this simplifies to<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m131">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the diffusion coefficients, and <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the mean bounce-averaged time rates of change of <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. This transport equation coincides with the one provided by <xref ref-type="bibr" rid="B4">Birmingham et al. (1967)</xref>, their equation (4.11). A change of variables (using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>) yields:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m140">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The term depending on <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> mistakenly resembles the one present in the standard radial diffusion equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>): <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are different. The distribution function, <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the coefficient for the standard radiation diffusion equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref>), <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and more generally, the quantities used for the three-dimensional equation for radiation belt dynamics (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>) are <italic>drift-averaged</italic>, i.e., they are independent of the drift phase. Here, the drift phase is resolved: the distribution function and coefficients are <italic>bounce-averaged</italic> quantities that depend on the drift phase. Thus, they must be evaluated at each location (<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), or similarly (<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), and at each time, <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The transport parameters of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> are all statistically averaged quantities. The coefficients <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (or equivalently <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) indicate ensemble averages of time derivatives for the quantities considered. The ensemble averages are computed at each location and at each time, <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, over an ensemble of field fluctuations. The diffusion coefficients are proportional to the time rates of change of the covariances for the quantities considered. Specifically, when considering two variables X and Y (where <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> could be any combination of <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), the diffusion coefficient is<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>That is, it is half the time rate of change of the ensemble average for the product of the time variations of X and Y during a time interval, <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A worked example will be provided in the second part of this work. It will detail how to compute all transport parameters of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> in a particular model of field fluctuations.</p>
<p>According to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>, variations in the distribution function are due to the bulk motion of the plasma in the presence of density gradients and to diffusive effects in both the localized radial (<inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) and azimuthal (<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) directions. Local effects acting at smaller scales can be readily reinstated by adding relevant coefficients modeling local diffusion, source, and loss mechanisms:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m161">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>where all quantities are <italic>bounce-averaged</italic> quantities that depend on the drift phase.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s4">
<title>4 Conclusion</title>
<p>The objective of this work is to contribute toward improving the spatiotemporal resolution of physics-based diffusive radiation belt models. The resulting transport Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> can resolve the drift phase, and the outputs are bounce-averaged rather than drift-averaged. This is of use when the objective is to model fast radiation belt dynamics, such as times of fast radiation belt acceleration or losses occurring during the main phase of geomagnetic storms (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B29">Ripoll et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Lejosne et al., 2022</xref>). It can also be used to increase the energy range modeled, by including ring current energies.</p>
<p>Although Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> contains some localized (in <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, MLT) diffusion coefficients, its scope is beyond the long-established radial diffusion paradigm used to summarize transport effects on radiation belt intensity. The inclusion of the effects of bulk motion and the diffusion in the azimuthal coordinate enable the modeling of MLT-localized structures, drift-periodic flux oscillations, and their subsequent attenuation due to phase-mixing processes.</p>
<p>Current works leveraging <italic>in situ</italic> measurements to quantify radial diffusion coefficients require information on average over all magnetic local times of a drift shell. Yet, a spacecraft can only scan the electromagnetic environment along its orbit, limiting the accuracy with which the outputs can be determined (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B33">Sandhu et al., 2021</xref>). Because the coefficients introduced in this work depend on magnetic local time, these may be easier to quantify experimentally. Furthermore, describing the effect of drift motion on radiation belt intensity in terms of Euler potentials, or similarly with (<inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), is computationally more advantageous than working with the action-angle variables (<inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>): the latter requires tracing the instantaneous drift contour at every time step, while the former only requires local field line tracing. In addition, the definition of the Euler potentials only requires closed field lines, while the definition of the action-angle variables is more restrictive, requiring a closed instantaneous drift contour. Thus, working in terms of Euler potentials allows for the inclusion of quasi-trapped particles from the drift loss cone.</p>
<p>The second part of this work will deal with characterizing the coefficients introduced in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e27">27</xref> (i.e., <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) in the special case of electric potential fluctuations in a magnetic dipole field. It will show how to implement the theoretical framework presented in this work.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>We describe contributions to the paper using the CRediT (Contributor Roles Taxonomy) categories (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Brand et al., 2015</xref>). Conceptualization, writing&#x2014;original draft, and writing&#x2014;review and editing: all authors. Visualization: SL. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p>
</sec>
<ack>
<p>SL&#x2019;s work was performed under NASA Grants 80NSSC18K1223 and 80NSSC20K1351. The author thanks S.D. Walton for helpful comments on a draft version of this manuscript.</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="s7">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s8">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meredith</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Three-dimensional diffusion simulation of outer radiation belt electrons during the 9 October 1990 magnetic storm</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>114</volume>, <fpage>A09214</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2009JA014336</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Beutier</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boscher</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>A three-dimensional analysis of the electron radiation belt by the Salammb&#xf4; code</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>100</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>14853</fpage>&#x2013;<lpage>14861</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/94JA03066</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Birmingham</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jones</surname>
<given-names>F. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1968</year>). <article-title>Identification of moving magnetic field lines</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>73</volume> (<issue>17</issue>), <fpage>5505</fpage>&#x2013;<lpage>5510</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/JA073i017p05505</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Birmingham</surname>
<given-names>T. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Northrop</surname>
<given-names>T. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>F&#xe4;lthammar</surname>
<given-names>C. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1967</year>). <article-title>Charged particle diffusion by violation of the third adiabatic invariant</article-title>. <source>Phys. Fluids</source>
<volume>10</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>2389</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1762048</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bourdarie</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boscher</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beutier</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sauvaud</surname>
<given-names>J.-A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blanc</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Electron and proton radiation belt dynamic simulations during storm periods: A new asymmetric convection-diffusion model</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>102</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>17541</fpage>&#x2013;<lpage>17552</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/97JA01305</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brand</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allen</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Altman</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hlava</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scott</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Beyond authorship: Attribution, contribution, collaboration, and credit</article-title>. <source>Learn. Pub.</source>
<volume>28</volume>, <fpage>151</fpage>&#x2013;<lpage>155</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1087/20150211</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Drozdov</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Usanova</surname>
<given-names>M. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allison</surname>
<given-names>H. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shprits</surname>
<given-names>Y. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>The role of hiss, chorus, and EMIC waves in the modeling of the dynamics of the multi-MeV radiation belt electrons</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>125</volume>, <fpage>e2020JA028282</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2020JA028282</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>F&#xe4;lthammar</surname>
<given-names>C.-G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mozer</surname>
<given-names>F. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>[Comment on &#x201c;Bringing space physics concepts into introductory electromagnetism&#x201d;] on the concept of moving magnetic fields lines</article-title>. <source>Eos Trans. AGU</source>
<volume>88</volume>, <fpage>169</fpage>&#x2013;<lpage>170</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2007EO150002</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fok</surname>
<given-names>M.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Buzulukova</surname>
<given-names>N. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>S.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glocer</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nagai</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Valek</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>The comprehensive inner magnetosphere-ionosphere model</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>119</volume>, <fpage>7522</fpage>&#x2013;<lpage>7540</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2014JA020239</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fok</surname>
<given-names>M. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moore</surname>
<given-names>T. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Ring current modeling in a realistic magnetic field configuration</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>24</volume> (<issue>14</issue>), <fpage>1775</fpage>&#x2013;<lpage>1778</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/97GL01255</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meredith</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A 30-year simulation of the outer electron radiation belt</article-title>. <source>Space weather.</source>
<volume>16</volume>, <fpage>1498</fpage>&#x2013;<lpage>1522</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2018SW001981</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meredith</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Three-dimensional electron radiation belt simulations using the BAS Radiation Belt Model with new diffusion models for chorus, plasmaspheric hiss, and lightning-generated whistlers</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>119</volume>, <fpage>268</fpage>&#x2013;<lpage>289</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2013JA019281</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hao</surname>
<given-names>Y. X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Y. X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roussos</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kollmann</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>The formation of saturn&#x2019;s and jupiter&#x2019;s electron radiation belts by magnetospheric electric fields</article-title>. <source>Astrophysical J.</source>
<volume>905</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>L10</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3847/2041-8213/abca3f</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hao</surname>
<given-names>Y. X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zong</surname>
<given-names>Q. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>X. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>S. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rankin</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Electron dropout echoes induced by interplanetary shock: Van Allen Probes observations</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>43</volume>, <fpage>5597</fpage>&#x2013;<lpage>5605</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2016GL069140</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kirsch</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heynderickx</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bingham</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thorn</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The satellite risk prediction and radiation forecast system (SaRIF)</article-title>. <source>Space weather.</source>
<volume>19</volume>, <fpage>e2021SW002823</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2021SW002823</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jaynes</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kress</surname>
<given-names>B. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Patel</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>X.-C.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Simulated prompt acceleration of multi-MeV electrons by the 17March 2015 interplanetary shock</article-title>. <source>J. Geophys. Research:Space Phys.</source>
<volume>122</volume>, <fpage>10,036</fpage>&#x2013;<lpage>10,046</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2017JA024445</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Elkington</surname>
<given-names>S. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Patel</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Drift echoes and flux oscillations: A signature of prompt and diffusive changes in the radiation belts</article-title>. <source>J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys.</source>
<volume>207</volume>, <fpage>105332</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jastp.2020.105332</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jordanova</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kozyra</surname>
<given-names>J. U.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nagy</surname>
<given-names>A. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khazanov</surname>
<given-names>G. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Kinetic model of the ring current-atmosphere interactions</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>102</volume> (<issue>7</issue>), <fpage>14279</fpage>&#x2013;<lpage>14291</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/96JA03699</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jordanova</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Morley</surname>
<given-names>S. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Engel</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Godinez</surname>
<given-names>H. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yakymenko</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henderson</surname>
<given-names>M. G.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>The RAM-SCB model and its applications to advance space weather forecasting</article-title>. <source>Adv. Space Res.</source>
<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.asr.2022.08.077</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Allison</surname>
<given-names>H. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blum</surname>
<given-names>L. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Drozdov</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hartinger</surname>
<given-names>M. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Differentiating between the leading processes for electron radiation belt acceleration</article-title>. <source>Front. Astron. Space Sci.</source>
<volume>9</volume>, <fpage>896245</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2022.896245</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>An algorithm for approximating the L &#x2a; invariant coordinate from the real-time tracing of one magnetic field line between mirror points</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>119</volume>, <fpage>6405</fpage>&#x2013;<lpage>6416</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2014JA020016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kollmann</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Radiation belt radial diffusion at Earth and beyond</article-title>. <source>Space Sci. Rev.</source>
<volume>216</volume>, <fpage>19</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11214-020-0642-6</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mozer</surname>
<given-names>F. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Experimental determination of the conditions associated with &#x201c;zebra stripe&#x201d; pattern generation in the earth&#x27;s inner radiation belt and slot region</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>125</volume>, <fpage>e2020JA027889</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2020JA027889</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Roth</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Temerin</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wygant</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blake</surname>
<given-names>J. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1993</year>). <article-title>Simulation of the prompt energization and transport of radiation belt particles during the March 24, 1991 SSC</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>20</volume> (<issue>22</issue>), <fpage>2423</fpage>&#x2013;<lpage>2426</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/93gl02701</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lichtenberg</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lieberman</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1992</year>). &#x201c;<article-title>Regular and chaotic dynamics</article-title>,&#x201d; in <source>Applied mathematical Sciences</source>. <edition>2nd</edition> (<publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>N&#xe9;non</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sicard</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bourdarie</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A new physical model of the electron radiation belts of Jupiter inside Europa&#x27;s orbit</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>122</volume>, <fpage>5148</fpage>&#x2013;<lpage>5167</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2017JA023893</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Northrop</surname>
<given-names>T. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teller</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1960</year>). <article-title>Stability of the adiabatic motion of charged particles in the earth&#x27;s field</article-title>. <source>Phys. Rev.</source>
<volume>117</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>215</fpage>&#x2013;<lpage>225</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRev.117.215</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Patel</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hudson</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Claudepierre</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wygant</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Simulation of prompt acceleration of radiation belt electrons during the 16 July 2017 storm</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>46</volume>, <fpage>7222</fpage>&#x2013;<lpage>7229</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2019GL083257</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ripoll</surname>
<given-names>J.-F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Claudepierre</surname>
<given-names>S. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ukhorskiy</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Colpitts</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fennell</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Particle dynamics in the earth&#x27;s radiation belts: Review of current research and open questions</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>125</volume>, <fpage>e2019JA026735</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2019JA026735</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roederer</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1970</year>). <source>Dynamics of geomagnetically trapped radiation</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Berlin</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roederer</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1967</year>). <article-title>On the adiabatic motion of energetic particles in a model magnetosphere</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>72</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>981</fpage>&#x2013;<lpage>992</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/JZ072i003p00981</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Roederer</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Dynamics of magnetically trapped particles</article-title>,&#x201d; in <source>Foundations of the physics of radiation belts and space plasmas. Astrophysics and space science library</source> (<publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sandhu</surname>
<given-names>J. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rae</surname>
<given-names>I. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wygant</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Breneman</surname>
<given-names>A. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Watt</surname>
<given-names>C. E. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>ULF wave driven radial diffusion during geomagnetic storms: A statistical analysis of van allen probes observations</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>126</volume>, <fpage>e2020JA029024</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2020JA029024</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sauvaud</surname>
<given-names>J.-A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Walt</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Delcourt</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Benoist</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Penou</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Inner radiation belt particle acceleration and energy structuring by drift resonance with ULF waves during geomagnetic storms</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>118</volume>, <fpage>1723</fpage>&#x2013;<lpage>1736</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/jgra.50125</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schulz</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lanzerotti</surname>
<given-names>L. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1974</year>). <source>Particle diffusion in the radiation belts</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Berlin</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shprits</surname>
<given-names>Y. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kellerman</surname>
<given-names>A. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Drozdov</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spence</surname>
<given-names>H. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reeves</surname>
<given-names>G. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baker</surname>
<given-names>D. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>), <article-title>Combined convective and diffusive simulations: VERB-4D comparison with 17 march 2013 van allen probes observations</article-title>, <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>42</volume>, <fpage>9600</fpage>&#x2013;<lpage>9608</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2015GL065230</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stern</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1967</year>). <article-title>Geomagnetic euler potentials</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>72</volume> (<issue>15</issue>), <fpage>3995</fpage>&#x2013;<lpage>4005</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/jz072i015p03995</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Stern</surname>
<given-names>D. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1970</year>). <article-title>Euler potentials</article-title>. <source>Am. J. Phys.</source>
<volume>38</volume>, <fpage>494</fpage>&#x2013;<lpage>501</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1119/1.1976373</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Su</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Steerb: A three-dimensional code for storm-time evolution of electron radiation belt</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source>
<volume>115</volume>, <fpage>A09208</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2009JA015210</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Subbotin</surname>
<given-names>D. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shprits</surname>
<given-names>Y. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Three-dimensional modeling of the radiation belts using the Versatile Electron Radiation Belt (VERB) code</article-title>. <source>Space weather.</source>
<volume>7</volume>, <fpage>S10001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2008SW000452</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cunningham</surname>
<given-names>G. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Henderson</surname>
<given-names>M. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Camporeale</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reeves</surname>
<given-names>G. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Modeling radiation belt electron dynamics during GEM challenge intervals with the DREAM3D diffusion model</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>118</volume>, <fpage>6197</fpage>&#x2013;<lpage>6211</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/jgra.50560</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ukhorskiy</surname>
<given-names>A. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sitnov</surname>
<given-names>M. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Dynamics of radiation belt particles</article-title>. <source>Space Sci. Rev.</source>
<volume>179</volume>, <fpage>545</fpage>&#x2013;<lpage>578</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11214-012-9938-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Varotsou</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boscher</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bourdarie</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meredith</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Simulation of the outer radiation belt electrons near geosynchronous orbit including both radial diffusion and resonant interaction with Whistler-mode chorus waves</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>32</volume>, <fpage>L19106</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2005GL023282</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Walt</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1994</year>). <source>Introduction to geomagnetically trapped radiation</source>. <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511524981</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Woodfield</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Menietti</surname>
<given-names>J. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shprits</surname>
<given-names>Y. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kurth</surname>
<given-names>W. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Formation of electron radiation belts at Saturn by Z-mode wave acceleration</article-title>. <source>Nat. Commun.</source>
<volume>9</volume>, <fpage>5062</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-018-07549-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Woodfield</surname>
<given-names>E. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glauert</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Menietti</surname>
<given-names>J. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shprits</surname>
<given-names>Y. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>The origin of Jupiter&#x27;s outer radiation belt</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>119</volume>, <fpage>3490</fpage>&#x2013;<lpage>3502</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2014JA019891</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jordanova</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ridley</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Horne</surname>
<given-names>R. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jeffery</surname>
<given-names>C. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A new ionospheric electron precipitation module coupled with RAM-SCB within the geospace general circulation model</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source>
<volume>121</volume>, <fpage>8554</fpage>&#x2013;<lpage>8575</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2016JA022585</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sarris</surname>
<given-names>T. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huckabee</surname>
<given-names>I. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baker</surname>
<given-names>D. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jaynes</surname>
<given-names>A. J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Statistics of multi-MeV electron drift-periodic flux oscillations using Van Allen Probes observations</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source>
<volume>49</volume>, <fpage>e2022GL097995</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2022GL097995</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix</title>
<p>Here, we detail how to obtain Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>, leveraging the fact that the Euler potentials (<inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are proportional to canonical variables (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>).</p>
<p>We assume some small variations in <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> during <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In which case, a Taylor approximation of the time variations of <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, to the second order, yields<disp-formula id="eA1">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Rewriting <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in terms of Hamiltonian (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>), the second time derivatives are<disp-formula id="eA2">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>(see also <xref ref-type="bibr" rid="B25">Lichtenberg and Lieberman, 1992</xref>; their equation (5.4.10), p. 322).</p>
<p>Combining equations Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="eA1">A1</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eA2">A2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref>, we have<disp-formula id="eA3">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To the second order in <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we also have<disp-formula id="eA4">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus,<disp-formula id="eA5">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="eA3">A3</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eA5">A5</xref> in terms of expected values for the variations, we have<disp-formula id="eA6">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A6)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="eA7">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Assuming that the time interval, <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is very small in comparison with the characteristic time for the time variation of the Hamiltonian:<disp-formula id="eA8">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A8)</label>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the rates of change of the expected values for the variations, we obtain<disp-formula id="eA9">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A9)</label>
</disp-formula>
</p>
</app>
</app-group>
<sec id="s9">
<title>Glossary</title>
<table-wrap id="udT1" position="float">
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<bold>(</bold>
<inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<bold>)</bold>
</td>
<td align="left"> Euler potentials</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">magnetic vector potential</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">magnetic field</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">magnetic equatorial field at the Earth&#x2019;s surface</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">diffusion coefficient with respect to the X and Y coordinates</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">f</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">distribution functions</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">drift contour</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<bold>H</bold>
</td>
<td align="left">Hamiltonian proportional to the total energy of the guiding center</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">action variable, proportional to the adiabatic invariant coordinates</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">stands for <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the adiabatic invariant associated with the drift motion</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">&#x201c;L-star&#x201d; or &#x201c;L-Roederer&#x201d; inversely proportional to the third adiabatic invariant, <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">&#x201c;double-struck L&#x201d; or &#x201c;L-Euler&#x201d;, inversely proportional to the Euler potential <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">magnetic local time</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">electric charge of a particle</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">radial distance to the center of the dipole magnetic moment</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Earth&#x2019;s equatorial radius</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">azimuthal location (i.e., magnetic local time, in radians), azimuthal location of the footpoint at <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the field line passing through the location considered</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">surface encompassed by the drift contour, <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">magnetic colatitude, magnetic colatitude of the footpoint at <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the field line passing through the location considered</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">time, small time interval</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">kinetic energy</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">electric potential</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<bold>[]</bold>
</td>
<td align="left">square brackets &#x3d; expected value (average value of an ensemble of fluctuations) of the bracketed quantity</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<bold>&#x2329;</bold>
<bold>&#x232a;</bold>
</td>
<td align="left">angle brackets &#x3d; average change per unit time of the bracketed quantity (&#x3d; <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow/>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
<inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mo mathvariant="bold">&#x221d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">proportionality symbol.</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</back>
</article>