論文の概要: Quantum electrodynamics of lossy samples in vacuum: modified Langevin noise formalism
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.04977v1
- Date: Sun, 7 Apr 2024 14:37:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-09 16:22:29.683732
- Title: Quantum electrodynamics of lossy samples in vacuum: modified Langevin noise formalism
- Title(参考訳): 真空中における損失試料の量子電気力学:改良ランゲヴィン雑音定式化
- Authors: Alessandro Ciattoni,
- Abstract要約: 我々は、マクロな媒体における電磁界の正準量子化から、変形したランゲヴィンノイズフォーマリズムを解析的に導出した。
導出はハイゼンベルク図形の量子マックスウェル方程式から始まり、その公式な解は媒体アシスト場と散乱モードの重ね合わせとして現れる。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 55.2480439325792
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum behavior of the electromagnetic field in unbounded macroscopic media displaying absorption is properly described by the Langevin noise formalism (macroscopic quantum electrodynamics) where the field is assumed to be entirely produced by medium fluctuating sources via the dyadic Green's function. On the other hand, such formalism leads to inconsistencies when applied to finite-size lossy objects placed in vacuum since it does not take into account the scattering modes, whose homomeneous plane wave asymptotic behavior is ruled out in unbounded lossy media. Accordingly a modified Langevin noise formalism has been proposed to encompass the scattering modes and its consistency has been numerically validated in few specific geometries. In this paper we analytically derive the modified Langevin noise formalism from the enstablished canonical quantization of the electromagnetic field in macroscopic media, thus proving that it models any possible scenario involving linear, inhomegeneous and magnetodielectric samples. The derivation starts from quantum Maxwell equations in the Heisenberg picture together with their formal solution as the superposition of the medium assisted field and the scattering modes. We analytically prove that each of the two field parts can be expressed in term of particular bosonic operators, which in turn diagonalize the electromagnetic Hamiltonian and whose associated quasi-particles are medium assisted and scattering polaritons, respectively. The key ingredient underpinning our reasoning is a peculiar integral relation linking the far field amplitude of the dyadic Green's function and the scattering modes, relation we rigorously derive and physically explain by identifying the scattering modes as fields generated by infinitely far dipole point sources.
- Abstract(参考訳): 吸収を示す非有界マクロな媒体の電磁界の量子挙動はランゲヴィンノイズフォーマリズム (macroscopic quantum electrodynamics) によって適切に記述される。
一方、そのような定式化は、非有界な損失媒質において均質な平面波漸近挙動が排除される散乱モードを考慮していないため、真空中に置かれた有限サイズの損失物に適用した場合に矛盾する。
そのため、散乱モードを包含する改良されたランゲヴィン雑音定式化法が提案され、その整合性はいくつかの特定の測地で数値的に検証されている。
本稿では,Langevinノイズの定式化をマクロな媒体における電磁界の正準量子化から導出し,線形・不均一・磁気誘電体試料を含む任意のシナリオをモデル化した。
導出はハイゼンベルク図形の量子マックスウェル方程式から始まり、その公式な解は媒体アシスト場と散乱モードの重ね合わせとして現れる。
解析学的に、2つの場のそれぞれが特定のボゾン作用素の項で表現できることを証明し、電磁ハミルトニアンを対角化し、関連する準粒子がそれぞれ中助・散乱偏光子であることを示す。
我々の推論を裏付ける重要な要素は、ダイアディックグリーン関数の遠場振幅と散乱モードを連結する特異な積分関係であり、散乱モードを無限遠双極子点源によって生成されたフィールドとして同定し、厳密に導出、物理的に説明する。
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