<?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">1232512</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2023.1232512</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: 2. implementation in a case of random electric potential fluctuations</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Lejosne et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1232512">10.3389/fspas.2023.1232512</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 contrib-type="author">
<name>
<surname>Walton</surname>
<given-names>Samuel D.</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1820282/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Space Sciences Laboratory</institution>, <institution>University of California</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/2332109/overview">Greg Cunningham</ext-link>, Los Alamos National Laboratory (DOE), United States</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1765771/overview">Xin Tao</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>08</day>
<month>08</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1232512</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>31</day>
<month>05</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>13</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Lejosne, Albert and Walton.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Lejosne, Albert and Walton</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>In the first part of this work, we highlighted a drift-diffusion equation capable of resolving the magnetic local time dimension when describing the effects of trapped particle transport on radiation belt intensity. Here, we implement these general considerations in a special case. Specifically, we determine the various transport and diffusion coefficients required to solve the drift-diffusion equation for equatorial electrons drifting in a dipole magnetic field in the presence of a specific model of time-varying electric fields. Random electric potential fluctuations, described as white noise, drive fluctuations of trapped particle drift motion. We also run a numerical experiment that consists of tracking trapped particles&#x2019; drift motion. We use the results to illustrate the validity of the drift-diffusion equation by showing agreement in the solutions. Our findings depict how a structure initially localized in magnetic local time generates drift-periodic signatures that progressively dampen with time due to the combined effects of radial and azimuthal diffusions. In other words, we model the transition from a drift-dominated regime, to a diffusion-dominated regime. We also demonstrate that the drift-diffusion equation is equivalent to a standard radial diffusion equation once the distribution function is phase-mixed. The drift-diffusion equation will allow for radiation belt modeling with a better spatiotemporal resolution than radial diffusion models once realistic inputs, including localized transport and diffusion coefficients, are determined.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>radiation belts</kwd>
<kwd>fokker-planck equation</kwd>
<kwd>adiabatic invariants</kwd>
<kwd>radial transport</kwd>
<kwd>radial diffusion</kwd>
<kwd>azimuthal diffusion</kwd>
<kwd>cross-terms</kwd>
<kwd>electric fields</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 effects of trapped particle spatial transport on radiation belt intensity are usually described by the radial diffusion paradigm. According to this model, in the absence of any other process besides spatial transport, the time evolution of radiation belt intensity is described by a one-dimensional diffusion equation:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a distribution function proportional to phase space density, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is inversely proportional to the third adiabatic invariant, and <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m4">
<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 (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Roederer, 1970</xref>). Since all the quantities involved in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> are <italic>drift-averaged,</italic> i.e., averaged over all three gyration, bounce and drift phases, there is no information on trapped particle drift phase&#x2014;or equivalently, on the magnetic local time (MLT) dimension. In a companion paper (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Lejosne and Albert, 2023</xref>), we discussed the limitations associated with the inability to resolve the drift phase. We also proposed a theoretical solution to address this difficulty. Namely, we highlighted a two-dimensional drift-diffusion equation to describe trapped particle transport effects on radiation belt intensity (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Birmingham et al., 1967</xref>). According to this model, in the absence of any other process besides transport, radiation belt intensity varies such that:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-6em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<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:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</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: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: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:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mspace width="4.6em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mspace width="0.2em"/>
<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: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:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a distribution function proportional to the number of particles per unit of surface, <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the azimuthal location (i.e., MLT, in radians), and the &#x201c;double-struck L&#x201d; (or &#x201c;L-Euler&#x201d;) coordinate is: <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the magnetic colatitude of the intersection between the Earth&#x2019;s surface and the footpoint of the field line passing through the location considered. The parameters <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<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>, <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the MLT-dependent diffusion coefficients, and the parameters <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<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="inf14">
<mml:math id="m16">
<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>, also MLT-dependent, are the mean time rates of change of <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. All the quantities involved in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> are <italic>bounce-averaged</italic> quantities that depend on MLT. In particular, the coordinate double-struck L, <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, corresponds to the normalized equatorial radius of the field line on which trapped particles would bounce if all non-dipolar contributions to the magnetic field were turned off on a timescale comparable to a few bounce periods. There are various benefits of using L-Euler as a coordinate for radial transport over L-McIlwain or L-Roederer. From the theoretical standpoint, the set of coordinates (<inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m20">
<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 proportional to a set of canonical variables, which allows for a reduction of the general two-dimensional Fokker-Planck equation into a drift-diffusion equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>) (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Lejosne and Albert, 2023</xref>). In addition, computing the L-Euler, <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is much less expensive than computing the L-Roederer, <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, coordinate: The former only requires local field line tracing, while the latter requires computing the magnetic flux through the instantaneous drift shell. The set of coordinates (<inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<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>) can also be used to parameterize both trapped and quasi-trapped populations (since the definition of L-Euler, <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, only requires a closed local field line). On the other hand, the <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter requires a closed instantaneous drift shell, meaning that it can only parameterize trapped populations. Thus, the L-Euler, <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is an appropriate coordinate for modeling the trapping and de-trapping of energetic particles at transition regions (e.g., close to the magnetopause, or at low L regions, below the inner radiation belt).</p>
<p>In the following, we specify the field and particle characteristics assumed to compute the transport and diffusion coefficients introduced in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> in a special case. For the sake of simplicity, we focus on the magnetic equator and assume dipolar magnetic field lines thereafter. In this context, <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the equatorial radius and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6,370</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is one Earth&#x2019;s equatorial radius.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Theoretical setup</title>
<p>The objective of this section is to show how to determine the localized transport (<inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m30">
<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="inf29">
<mml:math id="m31">
<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>) and diffusion (<inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m32">
<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>, <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m33">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m34">
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m35">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) coefficients in the simple case of equatorially mirroring particles trapped in a magnetic dipole field with a drift motion perturbed by a special case of random electric potential fluctuations. The characteristics of the fields are provided in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>, and their effects on the drift motion of trapped particles are detailed in <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Fields</title>
<p>We assume a magnetic dipole field, <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<bold>,</bold> and an electric potential, <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, whose random time variations lead to small perturbations of trapped particle drift motion. The dipole field at the magnetic equator in spherical coordinates (<inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30,000</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the magnetic equatorial field at the Earth&#x2019;s surface. We model the total electric potential, <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as the sum of a well-determined corotation potential, and some <italic>ad hoc</italic> fluctuations proportional to a random variable, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a constant, with <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>86400</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mn>7.3</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the angular velocity of the Earth&#x2019;s rotation, so <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the corotation potential. The electric field, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, at the magnetic equator is:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>Characteristics of the electric fluctuation:</italic> The electric fluctuation, <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:math>
</inline-formula> (in V/m), is assumed to be not well known. This lack of determination in field variations is what drives the need for a stochastic model, rather than a deterministic one. We view the electric fluctuation, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:math>
</inline-formula>, as a sequence of possible outcomes by a random variable. In this first implementation, we favor practicality over realism to characterize the properties of the variable. Specifically, we assume that the variable, <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is a white noise. We describe it as a piecewise constant function: the value stays constant for a set amount of time, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (in seconds), and it updates instantaneously and unpredictably at the end of every time interval. We choose the size of the time interval, <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, such that the time variations of the electric fluctuation, <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:math>
</inline-formula>, result in the variation of the third adiabatic invariant, while conserving the first two invariants of the population considered. In other words, we require that <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the bounce and drift periods, respectively. This assumption differs from the drift resonance condition, where <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The standard deviation of the white noise, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a parameter that we set arbitrarily. The mean value of the white noise, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is theoretically 0, by definition. Yet, when considering a finite sequence of values for <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:math>
</inline-formula>, the ensemble average is not necessarily 0 in practice. Thereafter, we consider that the average value, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, remains small enough that: <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unperturbed drift frequency. This assumption is verified in our numerical experiment, and it simplifies mathematical derivations.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Trapped particles</title>
<sec id="s2-2-1">
<title>2.2.1 Computation of the localized transport and diffusion coefficients</title>
<p>The objective of this Section is to determine <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m65">
<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>, <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m66">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m67">
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m68">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the diffusion coefficients, and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m69">
<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="inf65">
<mml:math id="m70">
<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>, the transport coefficients, defined as the mean time rates of change of the radial and azimuthal locations, respectively. This is done for a population of equatorially trapped particles drifting in the fields described in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>. Generally speaking, a diffusion coefficient for a set of variables, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</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 mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the rate of change of the expected value for the product of the time variations of X and Y during a time interval, <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In our case, the time interval, <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is long with respect to the bounce period, but very small in comparison with the drift period, <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Thus, we need to compute the time variations for the radial and azimuthal locations of the trapped particles, <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, to determine the diffusion coefficients.</p>
<p>The equations for the drift motion of equatorial particles trapped in the fields described in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref> are:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">q</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">w</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:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the first adiabatic invariant, q is the electric charge of the particle and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Lorentz factor. Given that <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the magnetic equator of a dipole field, the transport coefficients are:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-1.5em"/>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">q</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the unperturbed angular drift velocity. In the presence of an ideal white noise signal <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the transport coefficients become <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m88">
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>, the general expressions for the total variations in radial and azimuthal locations after a time interval <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are, respectively:<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-13.5em"/>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">q</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We consider a time interval, <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, very small in comparison with the drift period (<inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>), but long enough to have many small fluctuations during <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). We also assume small radial displacements (<inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). As detailed in the <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix</xref>, it results that:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-6em"/>
<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 mathvariant="normal">r</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-6em"/>
<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>&#x3c6;</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>With the definition provided Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>, the MLT-localized diffusion coefficients are:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-4em"/>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-4em"/>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We note that the diffusion coefficients provided in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref> are functions of magnetic local time, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This is in contrast with the standard radial diffusion coefficient, independent of magnetic local time by definition, which involves drift-phase averaging (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B9">Lejosne and Kollmann, 2020</xref>). The relationship between these coefficients and the standard radial diffusion framework is further discussed in Section 3.1.</p>
<p>The diffusion coefficients provided in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref> are also proportional to <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the product of the variance of the random signal, <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and a time, <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that is similar to an autocorrelation time. This finding is consistent with theoretical expectations: the higher the variance, the stronger the perturbation, the higher the diffusion. We also expect electric field perturbations that stay correlated for a longer time interval to be more efficient in perturbing drift motion. On the other hand, the coefficients are independent of the energy of the trapped population considered, provided that the updating time, <italic>T</italic>, remains very small in comparison with the drift period (see also the discussion in <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix</xref>). The coefficients are also independent of the charge of the population. These findings would need to be reassessed in the presence of more realistic field perturbations.</p>
</sec>
<sec id="s2-2-2">
<title>2.2.2 Contextualization using Hamiltonian equations</title>
<p>We expect a relationship between the first and second moments characterizing transport. Indeed, assuming small variations over the course of a couple of bounce periods, we have shown in the first part of this work (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Lejosne and Albert, 2023</xref>) that:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<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: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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m104">
<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 the Euler potentials. In a dipole field at the magnetic equator, given that <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, this set of equations is equivalent to:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</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>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</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>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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>r</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>&#x3c6;</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>&#x3c6;</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>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</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>r</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>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</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>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A second-order Taylor expansion of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref> yields<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<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:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Leveraging Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, it is straightforward to verify Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref>. A notable consequence of this result is that:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</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>r</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>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>when the drift phase is resolved. In other words, the commonly assumed relationship between the first and second moments of radial transport, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m111">
<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>r</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> (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B5">F&#xe4;lthammar, 1968</xref>, their Eq. 3), is verified only on average over all magnetic local times.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 On the drift-diffusion equation</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Equivalence with a radial diffusion equation in the case of an azimuthally symmetric distribution function</title>
<p>We leverage the coefficients computed in <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref> to demonstrate that Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> is like a radial diffusion equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref>) when the distribution function is independent of MLT, i.e., when <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> becomes:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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: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>&#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: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: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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>when <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> This is also:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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: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>&#x2b;</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<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: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 mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Leveraging Equations <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref> yields:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m116">
<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:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</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 mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</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:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</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:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Averaging over all MLT-phases, we have that:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</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:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Introducing the drift-averaged diffusion coefficient, <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m118">
<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>, as:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">20</xref> also becomes:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>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>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>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>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We emphasize that <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in this demonstration, since we assume a dipole magnetic field. Given that the phase-averaged distribution function, <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is proportional to the bounce-averaged distribution function, <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, by a physical constant when <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is independent on MLT, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">22</xref> can be rewritten as:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>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>L</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>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>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, we have shown how the drift-diffusion Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> relates to the standard radial diffusion Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">1</xref> when the distribution function is phase-mixed (i.e., independent of MLT). We have also shown that the corresponding radial diffusion coefficient, <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m126">
<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>, is the MLT-average of the localized radial diffusion coefficient, <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m127">
<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>. The expression for <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m128">
<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> provided Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref> is the same as the one that would be obtained by following standard procedures to compute radial diffusion coefficients (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B12">Schulz and Lanzerotti, 1974</xref>, their section III.3).</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Change of variables to remove the cross terms</title>
<p>The drift-diffusion equation (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref>) contains cross-terms <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which poses numerical challenges to guarantee positivity of the solution (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Tao et al., 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">2016</xref>). <xref ref-type="bibr" rid="B2">Albert and Young (2005)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B1">Albert (2018)</xref> discussed changes of coordinates to address this difficulty. In the present situation, the determinant of the 2 &#xd7; 2 diffusion matrix is 0:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This means that 0 is an eigenvalue of the diffusion matrix, and there exists a system of coordinates in which the diffusive part of the drift-diffusion equation is one-dimensional. We introduce a new set of variables:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>which corresponds to a conversion from polar to Cartesian coordinates. In this coordinate system, with the values of the diffusion coefficients provided Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">12</xref>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">2</xref> becomes:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</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>x</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>y</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>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>y</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>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</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>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>with<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Looking back at the drift motion equations (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref>), we notice that the perturbation of the drift velocity is indeed along the <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction: The velocity perturbation is along <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unit vectors associated with the Cartesian and polar frames of reference.</p>
<p>In the following, we assume <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the sake of simplicity. This means that <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m139">
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a result, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref> is also:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</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>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>y</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>y</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
<mml:mn>3</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>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This latest equation is the one used for numerical implementation, as discussed in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Numerical simulations</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Numerical setups and methods</title>
<p>
<italic>Parameters:</italic> Since this work assumes electric potential fluctuations in a time-stationary dipole field, we focus on a region where this is most likely to happen, namely, the inner belt and slot region (below L &#x3d; 4). We consider populations that have been associated with drift period structures in this region, i.e., electrons in the tens to hundreds of keV energy range (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B17">Ukhorskiy et al., 2014</xref>). Specifically, we focus on equatorial electrons with kinetic energy of 200 keV at <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> These electrons have a first adiabatic invariant of <italic>M</italic> &#x3d; 21.5&#x00a0;MeV/G, and a second adiabatic invariant of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The standard deviation of the white noise, <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is a parameter that we set to a plausible value of about 0.5&#x00a0;mV/m (W<sup>2</sup> &#x3d; 2.5 &#xd7; 10<sup>-7</sup>V<sup>2</sup>/m<sup>2</sup>). We set the updating time (i.e., the duration between changes in value) for the sequence of outcomes w(t) to be <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. At L &#x3d; 3, the bounce and drift periods of the electrons considered are <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so the ordering, <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is verified. With this set of parameters, the coefficient of proportionality for the diffusion coefficients is <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6.8</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.9</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, given Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>, the drift-averaged diffusion coefficient <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m152">
<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> is set to <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m153">
<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>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mn>3.0</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at L &#x3d; 3 for instance). This order of magnitude is consistent with previous estimates for radial diffusion in the inner belt and slot region (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B13">Selesnick, 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B10">O&#x2019;Brien et al., 2016</xref>, their Figure 4).</p>
<p>
<italic>Method for particle tracking:</italic> We solve Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">8</xref> to determine trapped particle drift motion. We launch particles in many different sequences of outcomes for <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (t). We use the RANDOMN function from IDL, which returns pseudorandom numbers from a Gaussian distribution to generate an original time sequence of outcomes. Every different sequence is created by randomly reordering (permuting) the vector indices of the original sequence of outcomes. To create a permutation of the vector indices, we use the RANDOMU function from IDL, which returns an array of uniformly distributed random numbers. An illustration of the approach is provided in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. It represents three different permutations for the sequence of outcomes for w(t), over a time intervals of 2 h. For the numerical experiment, we perform 200 different permutations. We track more than 10,000 particle drift trajectories for 18 h every time, recording their locations every 5 min. The particle initial locations are distributed homogeneously, following the initial condition described hereafter.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Three different sequences of randomly generated outcomes for the white noise signal, <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (t), are represented in black, blue and red over a 2-h time interval. The signal is updated every T &#x3d; 200 s. The expected (i.e., average) value is 0 mV/m, and the standard deviation is set to 0.5 <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-10-1232512-g001.tif"/>
</fig>
<p>
<italic>Initial condition:</italic> To solve numerically Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>, we consider a simple initial condition, assuming that:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>- Particles are present homogeneously at all MLTs at <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and above (up to 7 <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</list-item>
<list-item>
<p>- Particles are also present homogeneously in an area mimicking a localized injection, extending from <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3.8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and initially centered around 00:00 MLT (from 22:15 to 01:45).</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The distribution function, <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is chosen to be initially constant and normalized (&#x3d; 1) at all locations where particles are present. It is set to zero otherwise.</p>
<p>
<italic>Method for numerical simulation:</italic> To solve numerically Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>, we use an operator splitting method. At each time step, we first solve the transport part of the equation, using the method of characteristics. We then use the updated function to solve the diffusive part of the equation, using an explicit scheme for the sake of simplicity. We record the value of the distribution function, <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, every 5 min over a 24-h interval.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Results</title>
<sec id="s4-2-1">
<title>4.2.1 Comparison between the results of the test particle experiments and the solution of the drift-diffusion equation</title>
<p>We compare: a) the outputs of the particle tracking experiment with b) the solution of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">28</xref>. First, we focus on one location (L &#x3d; 3.5 &#xb1; 0.05 and 22:00 MLT &#xb1; 00:15): We record the time evolution of the distribution functions derived from the drift-diffusion equation and from the particle tracking experiment. The results, presented in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>
<bold>,</bold> highlight the consistency of the two approaches. The location is initially out of the artificial injection region thus <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As the particles drift eastwards starting from the midnight region, no particles are visible for a moment. Then, they briefly drift through the location, creating a transient peak in the distribution function, and so on. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> shows how the distribution function oscillates at the trapped particles&#x2019; unperturbed drift frequency. With time, the magnitude of the peak decreases, and the width of the peak increases: This is due to the combined effects of radial and azimuthal diffusions. In parallel, new particles transported radially from L &#x2265; 3.8 fill the region: The drift-averaged minimum of the distribution function increases with time. After some time, the drift-periodic signature disappears and the regime is purely diffusive. In other words: In this numerical experiment, the radial diffusion equation represents a valid description of the system after &#x223c;15 h at L &#x3d; 3.5 (or about 9 drift periods for the population considered). For shorter times, it is necessary to use the drift-diffusion equation to represent the time evolution of drift echoes. In general, we expect the magnitude of the typical phase-mixing time scale to be a function of: (a) the initial condition for the distribution function (the more MLT-localized the inhomogeneity, the longer it will take to cover all MLT sectors), (b) the magnitude of the diffusion coefficients (the higher the coefficient, the most efficient at smoothing MLT-dependent fluctuations, thus the shorter the characteristic time for phase mixing) and (c) the drift frequency (the higher the drift frequency, the shorter the characteristic time for phase mixing).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Time evolution of the distribution function centered at L &#x3d; 3.5 and 22:00 MLT. The magnitude of the flux oscillation characteristic of trapped particle injections decreases with time until it vanishes after a time characteristic of phase mixing. This figure compares numerical results from (in red) a test particle simulation and (in blue) the solution of the drift-diffusion equation. It illustrates the transition from a drift-dominated regime (with the presence of drift periodic oscillations in the distribution function) to a diffusion-dominated regime (characterized by a slow and steady variation of the distribution function).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-10-1232512-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2-2">
<title>4.2.2 Visualization of the solution of the drift-diffusion equation</title>
<p>A 2D video of the simulation run for the solution of the drift-diffusion equation over a 24 h interval is provided in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Material</xref>. Two screenshots (at t &#x3d; 3:00 h and t &#x3d; 10:00 h) are provided in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Time evolution of a distribution function (initially centered around 00:00 MLT for <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x3c; <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and constant at all MLTs for <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> &#x2265; <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) <bold>(A)</bold> At t &#x3d; 3:00 h, the MLT-dependent structure is visible. It creates a spiral around the Earth due to the L-dependence of the drift frequency. As a result, the distribution function is strongly dependent on MLT for <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between &#x223c; <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and 3.<inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <bold>(B)</bold> At t &#x3d; 10:00 h, the MLT-dependent structure has disappeared: The distribution function is barely dependent on MLT. The effect of transport on radiation belt intensity is now more consistent with the radial diffusion paradigm.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fspas-10-1232512-g003.tif"/>
</fig>
<p>From the video, it is clear that the effect of the azimuthal drift on radiation belt intensity is at first more striking than the effects of radial and azimuthal diffusion. That said, drift alone would only lead to trajectories wrapping around, meaning that the distribution function would only become more structured. Radial and azimuthal diffusions act to smooth out the MLT-dependent structure, dampening it until it disappears and the distribution becomes independent of MLT. This <italic>phase-mixing</italic> process is consistent with observations. It allows for the transition from a drift-dominated regime to a diffusion-dominated regime.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>We have shown how the drift-diffusion equation is capable of modeling phase mixing, allowing for a transition from drift-resolved structures (e.g., drift-periodic fluctuations associated with MLT-localized sources or losses) to the standard radial diffusion framework. We illustrated our case using simple assumptions, focusing on the magnetic equator of a dipole field and modeling electric potential fluctuations by a white noise. A next step of physical importance is to model the effect of the thermospheric wind driven electric field fluctuations on radiation belt dynamics. Indeed, electric potential fluctuations are present in the inner belt. They are viewed as the primary driver of radial diffusion in this region (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B10">O&#x2019;Brien et al., 2016</xref>). In particular, electric fluctuations associated with quiet time wind dynamo have significant day-to-day variability, even during geomagnetically quiet periods (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B6">Fejer, 1993</xref>). Thermospheric wind driven electric fields are also known to shape the inner belt drift shells (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Lejosne et al., 2021</xref>). Future work should consist of determining a more realistic form for the electric perturbation using information on thermospheric wind driven electric field fluctuations. Going back to the general expression of the drift-diffusion equation, future work should also consist of determining the various transport and diffusion coefficients in the presence of a time varying magnetic field. Once realistic inputs, including localized transport and diffusion coefficients, are determined, the drift-diffusion equation will enable operational radiation belt modeling with a better spatiotemporal resolution than current radial diffusion models.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>We describe contributions to the paper using the CRediT (Contributor Roles Taxonomy) categories (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Brand et al., 2015</xref>). Conceptualization, Writing&#x2014;Original Draft: SL and JA Writing&#x2014;Review and Editing: All authors. Visualization: SL and SW. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>SL work was performed under NASA Grant Awards 80NSSC18K1223 and 80NSSC20K1351. SW work was performed under NASA Grant Award 80NSSC20K1351. JA was supported by NASA grant 80NSSC20K1270, AFOSR grant 22RVCOR002, and the Space Vehicles Directorate of the Air Force Research Laboratory.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<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="s10">
<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>
<sec id="s11">
<title>Author disclaimer</title>
<p>The views expressed are those of the authors and do not reflect the official guidance or position of the United States Government, the Department of Defense or of the United States Air Force. The appearance of external hyperlinks does not constitute endorsement by the United States Department of Defense (DoD) of the linked websites, or the information, products, or services contained therein. The DoD does not exercise any editorial, security, or other control over the information you may find at these locations.</p>
</sec>
<sec id="s12">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2023.1232512/abstract#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2023.1232512/abstract#supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Video1.MP4" id="SM1" mimetype="application/MP4" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</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>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Diagonalization of diffusion equations in two and three dimensions</article-title>. <source>J. Atmos. Solar-Terrestrial Phys.</source> <volume>177</volume>, <fpage>202</fpage>&#x2013;<lpage>207</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jastp.2017.08.008</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Young</surname>
<given-names>S. L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Multidimensional quasi-linear diffusion of radiation belt electrons</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source> <volume>32</volume>, <fpage>L14110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2005GL023191</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>Northrop</surname>
<given-names>T. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>F&#xe4;lthammar</surname>
</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>, <fpage>2389</fpage>. <comment>Number 11</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1762048</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<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="B5">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>F&#xe4;lthammar</surname>
<given-names>C.-G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1968</year>), <article-title>Radial diffusion by violation of the third adiabatic invariant</article-title>, in <source>Earth&#x2019;s particles and fields</source>. <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>McCormac</surname>
<given-names>B. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Reinhold</publisher-name>), <fpage>157</fpage>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fejer</surname>
<given-names>B. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1993</year>). <article-title>F region plasma drifts over Arecibo: Solar cycle, seasonal, and magnetic activity effects</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source> <volume>98</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>13645</fpage>&#x2013;<lpage>13652</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/93JA-00953</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fedrizzi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maruyama</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Selesnick</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Thermospheric neutral winds as the cause of drift shell distortion in Earth&#x2019;s inner radiation belt</article-title>. <source>Front. Astron. Space Sci.</source> <volume>8</volume>, <fpage>725800</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2021.725800</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lejosne</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Drift phase resolved diffusive radiation belt model: 1. Theoretical framework</article-title>. <source>Front. Astron. Space Sci.</source> <volume>10</volume>, <fpage>1200485</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fspas.2023.1200485</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<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="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>O&#x27;Brien</surname>
<given-names>T. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Claudepierre</surname>
<given-names>S. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guild</surname>
<given-names>T. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fennell</surname>
<given-names>J. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Turner</surname>
<given-names>D. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Blake</surname>
<given-names>J. B.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Inner zone and slot electron radial diffusion revisited</article-title>. <source>Geophys. Res. Lett.</source> <volume>43</volume>, <fpage>7301</fpage>&#x2013;<lpage>7310</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2016GL069749</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<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>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-49300-3</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<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>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-642-65675-0</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Selesnick</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Atmospheric scattering and decay of inner radiation belt electrons</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source> <volume>117</volume>, <fpage>A08218</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2012JA017793</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Numerical modeling of multidimensional diffusion in the radiation belts using layer methods</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source> <volume>114</volume>, <fpage>A02215</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2008JA013826</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miller</surname>
<given-names>J. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Stochastic modeling of multidimensional diffusion in the radiation belts</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source> <volume>113</volume>, <fpage>A07212</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/2007JA012985</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albert</surname>
<given-names>J. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>An efficient and positivity-preserving layer method for modeling radiation belt diffusion processes</article-title>. <source>J. Geophys. Res. Space Phys.</source> <volume>121</volume>, <fpage>305</fpage>&#x2013;<lpage>320</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/2015JA022064</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ukhorskiy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sitnov</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mitchell</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Takahashi</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lanzerotti</surname>
<given-names>L. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mauk</surname>
<given-names>B. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Rotationally driven &#x2018;zebra stripes&#x2019; in Earth&#x2019;s inner radiation belt</article-title>. <source>Nature</source> <volume>507</volume>, <fpage>338</fpage>&#x2013;<lpage>340</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nature13046</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Whipple</surname>
<given-names>E. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1978</year>). <article-title>U, B, K) coordinates: A natural system for studying magnetospheric convection</article-title>. <source>J. Geophys. Res.</source> <volume>83</volume> (<issue>A9</issue>), <fpage>4318</fpage>&#x2013;<lpage>4326</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1029/JA083iA09p04318</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix</title>
<p>We explain how we derived the expressions for <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m200">
<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 mathvariant="normal">r</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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m201">
<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>&#x3c6;</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>, and <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref>), in order to obtain the diffusion coefficients required to solve the drift-diffusion equation.</p>
<p>A first-order Taylor expansion for the expressions of the total variations in radial and azimuthal locations (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>) yields:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-1.1em"/>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mspace width="2.1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">q</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:munderover>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">x</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2pt"/>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the values for the radial and azimuthal locations, and Lorentz factor, at time, <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
<p>The expression for the ensemble average of the square of the total variation of the radial displacement is:<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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 mathvariant="normal">r</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:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x394;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mo>&#x226a;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the variation in phase is not significant, and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="equ2">A2</xref> becomes<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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 mathvariant="normal">r</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:munderover>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<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:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since the signal w is a piecewise constant function, we have that:<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.2em"/> <mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mspace width="0.2em"/> <mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>And by definition of the white noise sequence, <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Kronecker delta. As a result, expressing the time interval, <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an integer, and <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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 mathvariant="normal">r</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:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2245;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As a result:<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<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 mathvariant="normal">r</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:mfrac>
<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 mathvariant="normal">r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A similar approach allows for a computation of <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m218">
<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>&#x3c6;</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>, and <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m219">
<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>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</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> as first order functions of <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, yielding analytical expressions for <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m221">
<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>&#x3c6;</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>, and <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2329;" close="&#x232a;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Alternatively, the total variation in phase, <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can also be related the total variation in radial displacement, <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the time variation, <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by considering a multivariate Taylor expansion for the expression of total energy conservation (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="B18">Whipple, 1978</xref>):<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m226">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>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>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>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:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1.5em"/>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3c6;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(A7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the kinetic energy, with <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the rest mass energy.</p>
<p>The formula provided Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="equ6">A6</xref> is not dependent on the energy of the particles considered, provided that the drift period is very long in comparison with the updating time, <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> If we were to consider particles of higher energies, with a drift period smaller than the updating time, <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the magnitude of the radial diffusion coefficient would drop, in accordance with theoretical expectations. Indeed, with <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m233">
<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 mathvariant="normal">r</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> Eq. (<xref ref-type="disp-formula" rid="equ5">A5</xref>) would become proportional to <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In parallel, the ensemble average of the signal, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, would not be 0 anymore during <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: this means that the effects of field fluctuations would be accounted for through the transport coefficients, <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m237">
<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="inf203">
<mml:math id="m238">
<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> (Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>).</p>
</app>
</app-group>
<sec id="s13">
<title>Glossary</title>
<table-wrap id="udT1" position="float">
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">(<inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)</td>
<td align="left">Euler potentials</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Magnetic field</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>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="inf209">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">constant to model the corotation potential</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m249">
<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: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="inf211">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">electric field</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Distribution functions</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Lorentz factor</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">second adiabatic invariant</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">L-star, inversely proportional to the third adiabatic invariant</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">double-struck L, or L-Euler</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">normalized equatorial radial distance</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">M</td>
<td align="left">first adiabatic invariant</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">angular velocity of the Earth&#x2019;s rotation</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">unperturbed drift frequency</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:mi>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="inf221">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">radial location at the magnetic equator</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>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="inf223">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Azimuthal location (i.e., magnetic local time, in radians)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Bounce period</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Drift period</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>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="inf227">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">updating time for the sequence of outcomes w(t)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Electric potential</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">random variable</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">standard deviation of the random variable <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">[ ]</td>
<td align="left">Square brackets &#x3d; expected value (average value over an ensemble of fluctuations) of the bracketed quantity</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#x3c; &#x3e;</td>
<td align="left">Angle brackets &#x3d; average change per unit time of the bracketed quantity (&#x3d; <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="&#x7c;">
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x221d;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="left">Proportionality symbol</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</back>
</article>