論文の概要: Phase-space description of photon emission

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21783v1
• Date: Thu, 25 Dec 2025 20:59:11 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-29 12:02:31.160963
• Title: Phase-space description of photon emission
• Title（参考訳）: 光子放射の位相空間記述
• Authors: D. V. Karlovets, A. A. Shchepkin, A. D. Chaikovskaia, D. V. Grosman, D. A. Kargina, U. G. Rybak, G. K. Sizykh,
• Abstract要約: Wigner関数を介して位相空間における光子の放出を記述する一般的な方法を提案する。 チェレンコフ放射に対するいくつかの効果は予測され、古典的領域や運動量空間の量子論にはない。 我々のアプローチは、他の種類の放射線に容易に一般化でき、散乱、崩壊、消滅過程にまで拡張できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Interactions between charged particles and light occur in real space and time, yet quantum field theory usually describes them in momentum space. Whereas this approach is well suited for calculating emission probabilities and cross sections, it is insensitive to spatial and temporal phenomena such as, for instance, radiation formation, quantum coherence, and wave packet spreading. These effects are becoming increasingly important for experiments involving electrons, photons, atoms, and ions, particularly with the advent of attosecond spectroscopy and metrology. Here, we propose a general method for describing the emission of photons in phase space via a Wigner function. Several effects for Cherenkov radiation are predicted, absent in classical realm or in quantum theory in momentum space, such as a finite spreading time of the photon, finite duration of the flash and a quantum shift of the photon arrival time. The photon spreading time turns out to be negative near the Cherenkov angle, the flash duration is defined by the electron packet size, and the temporal shift can be both positive and negative. The characteristic time scales of these effects lie in the atto- and femtosecond ranges, thereby illustrating atomic origins of these macroscopic phenomena. The near-field distribution of the photon field resembles the electron packet shape, thus making ``snapshots'' of the emitter wave function. Our approach can easily be generalized to the other types of radiation and extended to scattering, decay, and annihilation processes, bringing tomographic methods of quantum optics to particle physics.
• Abstract（参考訳）: 荷電粒子と光の相互作用は実空間と時間で起こるが、場の量子論は通常運動量空間でそれらを記述する。 このアプローチは放射確率や断面積の計算に適しているが、例えば放射形成、量子コヒーレンス、波パケットの拡散といった空間的・時間的現象には敏感である。 これらの効果は、電子、光子、原子、イオンを含む実験、特にアト秒分光とメトロジーの出現においてますます重要になっている。 本稿では、Wigner関数を介して位相空間における光子の放出を記述する一般的な方法を提案する。 チェレンコフ放射に対するいくつかの効果は、古典的領域や光子の有限拡散時間、フラッシュの有限持続時間、光子の到着時間の量子シフトなど、運動量空間における量子理論に欠如して予測される。 光子拡散時間はチェレンコフ角付近で負であることが判明し、フラッシュ持続時間は電子パケットサイズで定義され、時間シフトは正と負の両方で得る。 これらの効果の特徴的な時間スケールは、アト秒とフェムト秒の範囲にあり、これによりこれらのマクロ現象の原子起源が説明される。 光子場の近接場分布は電子パケット形状に似ており、エミッタ波動関数の ``snapshots'' を作る。 我々のアプローチは、他の種類の放射線に容易に一般化することができ、散乱、崩壊、消滅過程にまで拡張され、量子光学のトモグラフィー法が粒子物理学にもたらす。

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