論文の概要: Dynamic and Geometric Shifts in Wave Scattering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.07144v1
- Date: Sun, 08 Jun 2025 13:47:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-10 16:33:10.689827
- Title: Dynamic and Geometric Shifts in Wave Scattering
- Title（参考訳）: 波動散乱における動的・幾何学的シフト
- Authors: Konstantin Y. Bliokh, Zeyu Kuang, Stefan Rotter,
- Abstract要約: 1984年のベリーの先駆的な研究以来、進化する波の位相における幾何学的および動的寄与の分離は波動物理学において基礎となっている。
ここでは、この幾何学的-力学的な分解を、観測者が入力波と出力波の間の期待値のシフトを経験する、異なる種類の波散乱問題に拡張する。
この統一フレームワークは、波動散乱における幾何学と力学の相互作用を照らし、幅広い物理系に容易に適用することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Since Berry's pioneering 1984 work, the separation of geometric and dynamic contributions in the phase of an evolving wave has become fundamental in wave physics, underpinning diverse phenomena in quantum mechanics, optics, and condensed matter. Here we extend this geometric-dynamic decomposition from the wave-evolution phase to a distinct class of wave scattering problems, where observables (such as frequency, momentum, or position) experience shifts in their expectation values between the input and output wave sates. We describe this class of problems using a unitary scattering matrix and the associated generalized Wigner-Smith operator (GWSO), which involves gradients of the scattering matrix with respect to conjugate variables (time, position, or momentum, respectively). We show that both the GWSO and the resulting expectation-values shifts admit gauge-invariant decompositions into dynamic and geometric parts, related respectively to gradients of the eigenvalues and eigenvectors of the scattering matrix. We illustrate this general theory through a series of examples, including frequency shifts in polarized-light transmission through a time-varying waveplate (linked to the Pancharatnam-Berry phase), momentum shifts at spatially varying metasurfaces, optical forces, beam shifts upon reflection at a dielectric interface, and Wigner time delays in 1D scattering. This unifying framework illuminates the interplay between geometry and dynamics in wave scattering and can be readily applied to a broad range of physical systems.
- Abstract（参考訳）: 1984年のベリーの先駆的な研究以来、進化する波の位相における幾何学的および動的寄与の分離は波動物理学において基礎となり、量子力学、光学、凝縮物質における様々な現象の基盤となっている。
ここでは、この幾何力学分解を波動進化相から波動散乱問題に拡張する。そこでは、観測可能な(周波数、運動量、位置などの)経験が入力波と出力波の間の期待値にシフトする。
本稿では, 共役変数(時間, 位置, 運動量)に対する散乱行列の勾配を含む, ユニタリ散乱行列と関連する一般化ウィグナー・スミス作用素(GWSO)を用いて, この問題のクラスを記述する。
GWSOと結果の期待値のシフトは、それぞれ、散乱行列の固有値と固有ベクトルの勾配に関連する、ゲージ不変の分解を動的および幾何学的な部分に含めることを示す。
この一般的な理論は、時間変化の波面による偏光透過の周波数シフト(パンチャラトナム・ベリー相にリンクする)、空間変化による運動量シフト、光力、誘電体界面での反射によるビームシフト、1次元散乱におけるウィグナー時間遅延など、一連の例を通して説明される。
この統一フレームワークは、波動散乱における幾何学と力学の相互作用を照らし、幅広い物理系に容易に適用することができる。
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