論文の概要: Quantum electrodynamics of lossy magnetodielectric samples in vacuum: modified Langevin noise formalism
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.04977v2
- Date: Tue, 2 Jul 2024 10:01:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-04 07:19:16.682219
- Title: Quantum electrodynamics of lossy magnetodielectric samples in vacuum: modified Langevin noise formalism
- Title（参考訳）: 真空中における損失誘電体試料の量子電気力学:改良型ランゲヴィンノイズ定式化
- Authors: Alessandro Ciattoni,
- Abstract要約: 我々は、マクロな媒質中における電磁界の確立された正準量子化から、変形したランゲヴィンノイズの定式化を解析的に導出した。
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する。
- 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 is able to deal with the case of finite-size lossy objects placed in vacuum only as a limiting situation where the permittivity limit ${\rm Im} ( \varepsilon) \rightarrow 0^+$ pertaining the regions filled by vacuum is taken at the end of the calculations. Strictly setting ${\rm Im} ( \varepsilon) =0$ is forbidden in the Langevin noise formalism since the field would vanish in the lossless regions and this is physically due to the fact that the contribution of the scattering modes to the field is not separated from the contribution produced by the medium fluctuating sources. Recently, a modified Langevin noise formalism has been proposed to encompass the scattering modes and accordingly it is able to describe the structured lossless situations by strictly setting ${\rm Im} (\varepsilon) = 0$. However such modified formalism has been numerically validated only in few specific geometries. In this paper we analytically derive the modified Langevin noise formalism from the established 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.
- 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、そのような形式は、真空で満たされた領域に関連する誘電率の極限${\rm Im} ( \varepsilon) \rightarrow 0^+$が計算の終了時にのみ真空に置かれる有限サイズの損失物を扱うことができる。
厳密に${\rm Im} ( \varepsilon) =0$ をランゲヴィンノイズ形式(英語版)において禁止するのは、フィールドが損失のない領域で消滅するからである。
近年,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ており,従って${\rm Im} (\varepsilon) = 0$を厳密に設定することで,構造化された損失のない状況を記述することができる。
しかし、そのような修正形式は、いくつかの特定の測地でのみ数値的に検証されている。
本稿では,Langevinノイズの定式化について,電界の定型化から解析的に導出し,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する。
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