論文の概要: Probing dynamical axion quasiparticles with two-photon correlations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17013v1
- Date: Fri, 20 Jun 2025 14:10:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-23 19:00:05.477238
- Title: Probing dynamical axion quasiparticles with two-photon correlations
- Title（参考訳）: 2光子相関を持つ動的アクシオン準粒子の探索
- Authors: Daniel Boyanovsky,
- Abstract要約: 我々は、軸イオン崩壊から生ずる量子2光子状態をリアルタイムに研究する。
この状態は、運動量と分極パターンが異なっている。
この関係は、2光子相関を動的軸性準粒子の直接プローブとして示唆している。
- 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: Dynamical axion (quasi) particles are emergent collective excitations in topological magnetic insulators that break parity and time reversal invariance or in Weyl semimetals. They couple to electromagnetism via a topological Chern-Simons term, leading to their decay into two photons. We extend the Weisskopf-Wigner formulation of atomic spontaneous emission to the quantum field theory of dynamical axion quasiparticles, allowing us to obtain the quantum two-photon state emerging from axion decay in real time. This state features \emph{hyperentanglement} in momentum and polarization with a distinct polarization pattern, a consequence of the parity and time reversal breaking of the axion-photon interaction. Polarization aspects of this two-photon state are studied by introducing quantum Stokes operators. Whereas the two-photon quantum state features vanishing \emph{averages} of the degree of polarization and polarization asymmetry, there are non-trivial momentum correlations of the Stokes operators. In particular momentum correlations of the \emph{polarization asymmetry} can be obtained directly from coincident momentum and polarization resolved two photon detection. Correlations of Stokes operators are directly related to momentum and polarization resolved Hanbury-Brown Twiss second order coherences. This relationship suggests two-photon correlations as a direct probe of dynamical axion quasiparticles. Similarities and differences with parametrically down converted photons and other systems where spontaneous emission yield hyperentangled two photon states are recognized, suggesting experimental avenues similar to tests of Bell inequalities to probe dynamical axion quasiparticles with coincident two photon detection.
- Abstract（参考訳）: 動的軸(準)粒子は、パリティと時間反転不変性を破るトポロジカル磁気絶縁体やワイル半金属において創発的な集合励起である。
彼らは、トポロジカルなチャーン・サイモンズ項を通じて電磁磁性と結合し、2つの光子に崩壊する。
我々は原子自発放出のWeisskopf-Wigner定式化を動的軸索準粒子の量子場理論に拡張し、軸索崩壊から生ずる量子2光子状態をリアルタイムで得る。
この状態は、運動量と偏極において異なる偏光パターンを持つ 'emph{hyperentanglement} が特徴であり、これは軸イオン-光子相互作用のパリティと時間反転による結果である。
この2光子の状態の分極面は量子ストークス作用素を導入することによって研究される。
2光子量子状態は、偏光度と偏光非対称性の次数の 'emph{averages} を消滅させるが、ストークス作用素の非自明な運動量相関が存在する。
特に、 \emph{polarization asymmetric} の運動量相関は、偶然の運動量と偏極を解決した2つの光子検出から直接得ることができる。
ストークス作用素の相関は運動量と分極に直接関係しており、ハンベリー・ブラウン・ツイツの2階コヒーレンスを解いた。
この関係は、2光子相関を動的軸性準粒子の直接プローブとして示唆している。
パラメトリック変換された光子や、2つの光子状態が自発的に放出される超絡み合い状態が認識される他のシステムとの類似性や相違は、ベルの不等式試験と類似し、同時に2つの光子検出を伴う動的軸索準粒子を探索する実験経路を示唆している。
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