論文の概要: Quantum theory of statistical radiation pressure in free space
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.13726v2
- Date: Tue, 5 Jul 2022 13:06:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-02 04:39:43.829999
- Title: Quantum theory of statistical radiation pressure in free space
- Title（参考訳）: 自由空間における統計放射圧の量子論
- Authors: Navdeep Arya, Navketan Batra, Kinjalk Lochan and Sandeep K. Goyal
- Abstract要約: 光は、光から表面への運動量の移動を通じて、入射した任意の表面に対して放射圧を与えることが知られている。
原子と光の相互作用は、光子の吸収と放出による反発力と誘引力の両方をもたらすことが示される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Light is known to exert radiation pressure on any surface it is incident
upon, via the transfer of momentum from the light to the surface. In general,
this force is assumed to be pushing or repulsive in nature. In this paper, we
present a complete quantum treatment of radiation pressure. We show that the
interaction of an atom with light can lead to both repulsive and attractive
forces due to the absorption and emission of photons, respectively. An atom
prepared in the excited state initially will experience a pulling force when
interacting with light. On the other hand, if the atom is prepared in the
ground state then the force will be repulsive while having the same magnitude
as in the earlier case. Therefore, for an ensemble of atoms, the direction of
the net force will be decided by the excited and ground state populations. In
the semi-classical treatment of light-matter interaction, the absorption and
emission processes have the same probability. Therefore the magnitudes of the
force in the two processes turn out to be the same. We obtain the effective
emission profile for an excited atom interacting with a quantum electromagnetic
field, and show that in the quantum treatment, despite these probabilities
being different, the magnitudes of the two statistical forces remain the same.
This can be explained by noting that the extra contribution in the emission
process is due to the interaction of the atom with the vacuum modes of the
electromagnetic field, which results in a symmetric emission profile,
contributing to a net zero force on the atoms in an ensemble. We further
identify the set of states of electromagnetic field which give rise to non-zero
momentum transfer to the atom.
- Abstract（参考訳）: 光は、光から表面への運動量移動を通じて、入射した任意の表面に放射圧を及ぼすことが知られている。
一般に、この力は自然界において押しや反発的であると仮定される。
本稿では,放射圧の完全な量子処理について述べる。
原子と光との相互作用は、それぞれ光子の吸収と放出によって、反発力と引力の両方をもたらすことが示されている。
励起状態で調製された原子は、光と相互作用するときに引力を感じる。
一方、原子が基底状態に準備されている場合、力は前と同じ大きさの状態で反発する。
したがって、原子のアンサンブルに対して、ネット力の方向は励起状態と基底状態の集団によって決定される。
光間相互作用の半古典的処理では、吸収と放出の過程は同じ確率である。
したがって、2つの過程における力の大きさは同じであることが判明した。
量子電磁場と相互作用する励起原子の有効放射プロファイルを求め、量子処理において、これらの確率が異なるにもかかわらず、2つの統計力の大きさが同じであることを示す。
このことは、放出過程における余分な寄与は、原子と電磁場の真空モードとの相互作用によるものであり、これは対称的な放出プロファイルをもたらし、アンサンブル内の原子の純ゼロの力に寄与する、と説明することによって説明できる。
さらに、原子への非ゼロ運動量移動を引き起こす電磁場の状態の集合を同定する。
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