論文の概要: Quantum theory of light interaction with a Lorenz-Mie particle: Optical
detection and three-dimensional ground-state cooling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.04838v2
- Date: Thu, 28 Sep 2023 11:28:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-29 23:07:51.934530
- Title: Quantum theory of light interaction with a Lorenz-Mie particle: Optical
detection and three-dimensional ground-state cooling
- Title（参考訳）: ロレンツ三重粒子との光相互作用の量子論:光学的検出と3次元基底状態冷却
- Authors: Patrick Maurer, Carlos Gonzalez-Ballestero, and Oriol Romero-Isart
- Abstract要約: ハミルトニアンは、ストークスや反ストークス過程を含む光子と質量中心フォノンの基本的な結合を記述している。
集束レーザビームの存在下でのレーザ再コイル速度と情報放射パターンの評価方法を示す。
- 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: We analyze theoretically the motional quantum dynamics of a levitated
dielectric sphere interacting with the quantum electromagnetic field beyond the
point-dipole approximation. To this end, we derive a Hamiltonian describing the
fundamental coupling between photons and center-of-mass phonons, including
Stokes and anti-Stokes processes, and the coupling rates for a dielectric
sphere of arbitrary refractive index and size. We then derive the laser recoil
heating rates and the information radiation patterns (the angular distribution
of the scattered light that carries information about the center-of-mass
motion) and show how to evaluate them efficiently in the presence of a focused
laser beam, in either a running- or a standing-wave configuration. This
information is crucial to implement active feedback cooling of optically
levitated dielectric spheres beyond the point-dipole approximation. Our results
predict several experimentally feasible configurations and parameter regimes
where optical detection and active feedback can simultaneously cool to the
ground state the three-dimensional center-of-mass motion of dielectric spheres
in the micrometer regime. Scaling up the mass of the dielectric particles that
can be cooled to the center-of-mass ground state is relevant not only for
testing quantum mechanics at large scales but also for current experimental
efforts that search for new physics (e.g., dark matter) using optically
levitated sensors.
- Abstract（参考訳）: 量子電磁界と相互作用する浮揚誘電体球の運動量子力学を点-双極子近似を超えて理論的に解析する。
この目的のために、ストークスやアンチストークス過程を含む光子と質量中心フォノンの基本的な結合と任意の屈折率と大きさの誘電体球面の結合率を記述するハミルトン式を導出する。
次に,レーザー反射加熱速度と情報放射パターン(質量中心運動に関する情報を運ぶ散乱光の角分布)を導出し,集束レーザ光の存在下で,ランニングウェーブ構成とスタンディングウェーブ構成のいずれかにおいて,それらを効率的に評価する方法を示す。
この情報は、点双極子近似を超える光学浮揚誘電体球体のアクティブフィードバック冷却を実装するために重要である。
その結果、光学的検出とアクティブフィードバックを同時に行うことで、マイクロメーター系における誘電体球の3次元中心運動を同時に冷却できる実験可能な構成とパラメータ状態が予測された。
重心基底状態に冷却できる誘電体粒子の質量をスケールアップすることは、大規模に量子力学をテストするだけでなく、光学的浮上センサーを用いて新しい物理学(例えばダークマター)を探索する実験にも関係している。
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