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    am
   </journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Applied Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2152-7385
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2152-7393
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/am.2024.157028
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   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    am-134833
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    <subj-group subj-group-type="heading">
     <subject>
      Articles
     </subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    Dispersion Relations in Diffraction in Time
   </title-group>
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    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Salvador
      </surname>
      <given-names>
       Godoy
      </given-names>
     </name>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Karen
      </surname>
      <given-names>
       Villa
      </given-names>
     </name>
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    <addr-line>
     aDepartamento de Fsica, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México, México
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     11
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     07
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     2024
    </year>
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   <volume>
    15
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   <issue>
    07
   </issue>
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    464
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    468
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      5,
     </day>
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      June
     </month>
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      2024
     </year>
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    <date date-type="published">
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      23,
     </day>
     <month>
      June
     </month>
     <year>
      2024
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      23,
     </day>
     <month>
      July
     </month>
     <year>
      2024
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    </date>
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    In agreement with Titchmarsh’s theorem, we prove that dispersion relations are just the Fourier-transform of the identity, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       g
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
         x
        </mi> 
        <mo>
         ′
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       =
      </mo>
      <mo>
       ±
      </mo>
      <mi>
       S
      </mi>
      <mi>
       g
      </mi>
      <mi>
       n
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
         x
        </mi> 
        <mo>
         ′
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mi>
       g
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
         x
        </mi> 
        <mo>
         ′
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> , which defines the property of being a truncated functions at the origin. On the other hand, we prove that the wave-function of a generalized diffraction in time problem is just the Fourier-transform of a truncated function. Consequently, the existence of dispersion relations for the diffraction in time wave-function follows. We derive these explicit dispersion relations.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Diffraction in Time
    </kwd> 
    <kwd>
      Dispersion Relations
    </kwd> 
    <kwd>
      Hilbert Transforms
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Similarities between optics and quantum mechanics have long been recognized. One example of this symmetry was obtained by Moshinsky <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-1">
     [1]
    </xref> who addressed the following quantum shutter problem. Consider a mono-energetic beam, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ℏ 
            </mi> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, of free particles, moving parallel to the x-axis. For negative times, the beam is interrupted at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> by a perfectly absorbing shutter perpendicular to the beam. Suddenly, at time 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the shutter is opened, allowing for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> the free time-evolution of the beam of particles. What is the time-dependent density, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              , 
            </mn> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, observed at an arbitrary distance x from the shutter?</p>
   <p>The shutter problem implies solving the time-dependent Schrödinger equation with an initial condition given by a truncated function at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>,</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mtext>
               e 
             </mtext> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              &lt; 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              &gt; 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (1)</p>
   <p>where 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> denotes the step down function at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. For 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, Moshinsky proved that the free propagation of the initial truncated beam, has a time-dependent probability density given by:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              , 
            </mn> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            S 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mn>
        , 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (2)</p>
   <p>here 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        C 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mi>
        exp 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            π 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           / 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> denotes the complex Fresnel function</p>
   <p>and the argument 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ξ 
     </mi> 
    </math> is given by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ξ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <msqrt> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            π 
          </mi> 
          <mi>
            ℏ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
      </msqrt> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            ℏ 
          </mi> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
        </mfrac> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (3)</p>
   <p>The quantum probability density given by Equation (2) looks in time similar to the optical expression in space for the light intensity in the Fresnel diffraction by a straight-edge <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-2">
     [2]
    </xref>. For a fixed position, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        X 
      </mi> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, the plot of the probability density as a function of time, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         ℏ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>.</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. 1 Schrödinger diffraction in time.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/7405287-rId46.jpeg?20240726030732" />
   </fig>
   <p>Diffraction in time is a pure quantum phenomenon, and similar oscillations should arise after a sudden closing and opening gates in nanoscopic circuits <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-3">
     [3]
    </xref>. For a review on the subject see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-4">
     [4]
    </xref>. With adequate potentials added to the model, it has been used to study transient dynamics of tunneling matter waves <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-5">
     [5]
    </xref>, and the transient response to abrupt changes of the interaction potential in semiconductor structures and quantum dots <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-6">
     [6]
    </xref>. There is, in summary, a strong motivation for a thorough understanding of transient time oscillation in beams of matter.</p>
   <p>In nanoscopic circuits, the words “closing” and “opening” gates describe truncated wave functions in x-domain, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ± 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which reminds us of a similar concept, the one known as “causal” functions in time-domain: 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. We know that according to the Titchmarsh’s theorem <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-7">
     [7]
    </xref>, the Fourier transform: 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        F 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, of the causal function, is such that 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        F 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> satisfies dispersion relations. These are a pair of reciprocal Hilbert-transform relations <xref ref-type="bibr" rid="scirp.134833-7">
     [7]
    </xref>.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Re 
      </mi> 
      <mi>
        F 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          Im 
        </mi> 
        <mi>
          F 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Im 
      </mi> 
      <mi>
        F 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          Re 
        </mi> 
        <mi>
          F 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ω 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (4)</p>
   <p>here, P, denotes the Cauchy’s principal value of the integral.</p>
   <p>The similarity between causal functions and truncated functions, strongly suggests that dispersion relations must also exist in the wave-function of the diffraction in time problem. As far as we know, this topic has never been reported before. The purpose of this paper to show that this is indeed true and in this paper we derive the explicit dispersion relations satisfied by a generalized diffraction in time problem.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Diffraction in Time as a Fourier-Transform of a Truncated Function</title>
   <p>The generalized diffraction in time problem is the solution of an arbitrary time-dependent Schrödinger equation with the initial condition given by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          ,0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        . 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math> (5)</p>
   <p>Denoting by, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mn> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          ,0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, the Green’s function (time propagator) of the time-dependent Schrödinger equation, the time evolution 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> of the initial condition is given by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mn> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mn>
          ,0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (6)</p>
   <p>By simplicity in the notation, since 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> will be kept constants in the present development, from now on we will omit the 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> variables and rewrite Equation (6) as simple as</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (7)</p>
   <p>Denoting by 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (a step down truncated function at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>), and using the symbol, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, to denote the Fourier-transform operator, we can write</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mtext>
         e 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (8)</p>
   <p>Here we have the important result. Any diffraction in time wave-function, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, is the Fourier-transform of a truncated function 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. The purpose of this paper is to show that for any diffraction in time problem, the corresponding wave-function, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, satisfies dispersion relations (in the k domain).</p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Dispersion Relations for the Diffraction in Time Wave-Function</title>
   <p>Any step down truncated function at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, satisfies the identity:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (9)</p>
   <p>This statement is clear, since for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then Equation (9), becomes 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        G 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≠ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. On the other hand, for x' &gt; 0, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, then Equation (9) becomes 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> which means 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. This is the definition of a truncated func tion at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>We claim that Equation (9), which is the mathematical statement of being a truncated function in the x’-domain, is nothing but the Fourier-transform pair of the dispersion relations in k-domain. We show this next.</p>
   <p>Taking the Fourier transform of Equation (9) we have:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (10)</p>
   <p>Next, using the Fourier-transform identities:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mi>
          π 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mtext>
        ​ 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> (11)</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mtext>
         P 
       </mtext> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mo>
        ≡ 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>Cauchy’s principal part, (12)</p>
   <p>then, Equation (10) becomes a Hilbert-transform identity.</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          ℱ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (13)</p>
   <p>Equation (13) is a consequence of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> being a (step-down) truncated function at 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. On the other hand, from Equation (8), we know that the diffraction in time wave-function 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> satisfies: 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ℱ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, therefore, we can rewrite Equation (13) as a Hilbert-transform identity for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            , 
          </mn> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn> 
           <mo>
             ; 
           </mo> 
          </mn> 
          <msup> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mn>
        . 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (14)</p>
   <p>In terms of real and imaginary components, this last equation can be rewritten as:</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        Re 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          Im 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ; 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Im 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ψ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        P 
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            ∞ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mi>
          Re 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (15)</p>
   <p>For a generalized diffraction in time wave-function, these are the explicit dispersion relations.</p>
   <p>Dispersion relations, what for? Diffraction in time is a time-dependent scattering process. Assuming that for all 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> we know the wave-function for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        &gt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (incident wave-function), then from Equation (14) we can find the corresponding 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> wave-function for 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> (reflected wave-function). In other words, dispersion relations give a connection between the time-dependent incident and reflected wave-functions.</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Conclusion</title>
   <p>We have proved that dispersion relations given by Equation (14) is just the Fourier-transform of the identity, 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        n 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, which is the statement of 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> being a truncated function. Since diffraction in time wave-function 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          , 
        </mn> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
        </mn> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the Fourier-transform of a truncated one, the existence of dispersion relations in diffraction in time follows.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>Acknowledgements</title>
   <p>Sincere thanks to the members of JMP for their professional performance, and special thanks to managing editor: Nancy Ho, for a rare attitude of high quality.</p>
  </sec>
 </body><back>
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   <title>References</title>
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