論文の概要: Control of quantum electrodynamical processes by shaping electron wavepackets

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.00714v1
• Date: Mon, 2 Nov 2020 04:01:09 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-26 01:58:57.920750
• Title: Control of quantum electrodynamical processes by shaping electron wavepackets
• Title（参考訳）: 電子波束形成による量子電気力学過程の制御
• Authors: Liang Jie Wong, Nicholas Rivera, Chitraang Murdia, Thomas Christensen, John D. Joannopoulos, Marin Solja\v{c}i\'c and Ido Kaminer
• Abstract要約: 自由電子ウェーブシェイピングは、量子電気力学過程における散乱過程の結果を変える量子干渉を設計するのに利用できることを示す。 例えば、我々の概念をBremsstrahlung(ブレムスシュトラルング)に応用する。これは、最先端の医療画像撮影のためにX線源で発生するユビキタスな現象である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fundamental quantum electrodynamical (QED) processes such as spontaneous emission and electron-photon scattering encompass a wealth of phenomena that form one of the cornerstones of modern science and technology. Conventionally, calculations in QED and in other field theories assume that incoming particles are single-momentum states. The possibility that coherent superposition states, i.e. "shaped wavepackets", will alter the result of fundamental scattering processes is thereby neglected, and is instead assumed to sum to an incoherent (statistical) distribution in the incoming momentum. Here, we show that free-electron wave-shaping can be used to engineer quantum interferences that alter the results of scattering processes in QED. Specifically, the interference of two or more pathways in a QED process (such as photon emission) enables precise control over the rate of that process. As an example, we apply our concept to Bremsstrahlung, a ubiquitous phenomenon that occurs, for instance, in X-ray sources for state-of-the-art medical imaging, security scanning, materials analysis, and astrophysics. We show that free electron wave-shaping can be used to tailor both the spatial and the spectral distribution of emitted photons, enhancing their directionality and monochromaticity, and adding more degrees of freedom that make emission processes like Bremsstrahlung more versatile. The ability to tailor the spatiotemporal attributes of photon emission via quantum interference provides a new degree of freedom in shaping radiation across the entire electromagnetic spectrum. More broadly, the ability to tailor general QED processes through the shaping of free electrons opens up new avenues of control in processes ranging from optical excitation processes (e.g., plasmon and phonon emission) in electron microscopy to free electron lasing in the quantum regime.
• Abstract（参考訳）: 自然放出や電子-光子散乱のような基本的な量子電磁力学(QED)プロセスは、現代の科学と技術の基盤の1つとなる多くの現象を包含する。 従来、QEDや他の場の理論の計算では、入射粒子は単モーメント状態であると仮定していた。 これにより、コヒーレントな重ね合わせ状態(すなわち「形波束」)が基本散乱過程の結果を変える可能性は無視され、代わりに入射運動量の非一貫性(統計的)分布に合計されると仮定される。 ここでは,qedにおける散乱過程の結果を変化させる量子干渉を設計できる自由電子波動整形法を示す。 具体的には、QEDプロセス(例えば光子放出)における2つ以上の経路の干渉は、そのプロセスの速度を正確に制御することができる。 例えば、ブレムスストラルング(bremsstrahlung)は、最先端の医療画像、セキュリティスキャン、材料分析、天体物理学のためのx線源で発生するユビキタス現象である。 自由電子波形は、放出光子の空間分布とスペクトル分布の両方を調整し、その方向と単色性を高め、ブレムスシュトラーンのような放出過程をより多目的に行う自由度を付加できることを示す。 量子干渉による光子放射の時空間特性を調整できることは、電磁スペクトル全体にわたって放射を形成する新しい自由度をもたらす。 より広範に、自由電子の形成による一般的なQEDプロセスの調整能力は、電子顕微鏡における光励起過程(例えばプラズモンとフォノンの放出)から量子状態における自由電子ラシングまでのプロセスにおける新たな制御経路を開く。

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