論文の概要: How much time does a photon spend as an atomic excitation before being transmitted?

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.00432v1
• Date: Sat, 30 Sep 2023 16:49:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 04:18:25.983941
• Title: How much time does a photon spend as an atomic excitation before being transmitted?
• Title（参考訳）: 光子は、送信前に原子励起としてどのくらいの時間を費やしますか?
• Authors: Kyle Thompson, Kehui Li, Daniela Angulo, Vida-Michelle Nixon, Josiah Sinclair, Amal Vijayalekshmi Sivakumar, Howard M. Wiseman, Aephraim M. Steinberg
• Abstract要約: 送信された光子が原子励起として費やす時間は、群遅延と等しいことを示す。 また、散乱光子の対応する時間を決定し、散乱光子のパルスの時間遅延に等しいことを示す。
• 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: When a single photon traverses a cloud of 2-level atoms, the average time it spends as an atomic excitation -- as measured by weakly probing the atoms -- can be shown to be the spontaneous lifetime of the atoms multiplied by the probability of the photon being scattered into a side mode. A tempting inference from this is that an average scattered photon spends one spontaneous lifetime as an atomic excitation, while photons that are transmitted spend zero time as atomic excitations. However, recent experimental work by some of us [PRX Quantum 3, 010314 (2022)] refutes this intuition. We examine this problem using the weak-value formalism and show that the time a transmitted photon spends as an atomic excitation is equal to the group delay, which can take on positive or negative values. We also determine the corresponding time for scattered photons and find that it is equal to the time delay of the scattered photon pulse, which consists of a group delay and a time delay associated with elastic scattering, known as the Wigner time delay. This work provides new insight into the complex and surprising histories of photons travelling through absorptive media.
• Abstract（参考訳）: 単一の光子が2レベルの原子の雲を横切ると、原子を弱く探すことによって測定された原子励起としての平均時間は、光子がサイドモードに散乱する確率によって乗算される原子の自然寿命であることが示される。 平均散乱光子は原子励起として1つの自然寿命を過ごし、送信される光子は原子励起としてゼロ時間を使用する。 しかし、最近のいくつかの研究[prx quantum 3, 010314 (2022)]は、この直観を反論している。 この問題を弱値形式を用いて検討し、送信された光子が原子励起として使う時間は、正あるいは負の値を取ることができる群遅延と等しいことを示す。 また、散乱光子の対応する時間を決定し、群遅延とウィグナー時間遅延と呼ばれる弾性散乱に関連する時間遅延からなる散乱光子パルスの時間遅延と等しくなることを見出した。 この研究は、吸収性媒体を移動する光子の複雑で驚くべき歴史に関する新たな洞察を提供する。

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