Интуитивное понимание того, почему квантовые биения существуют в атомах типа VVV, но не в атомах типа ΛΛ\Lambda

При расчете излучаемой интенсивности возбужденного Λ -тип или В атома типа с квантованным полем (вместо полуклассического подхода только с квантованными уровнями энергии) обнаруживается, что существует модуляция биений поверх испускаемой интенсивности для В -тип, но не для Λ -тип атомов. Вычисления вполне понятны, однако, когда дело доходит до интуитивного объяснения результата, я не уверен, правильно ли я его понимаю. На странице википедии о квантовых битах говорится

Это различие вызвано квантово-механической неопределенностью. А В -атом распадается до состояния | с ⟩ через излучение с ю а и ю б . Поскольку оба перехода затухали в одно и то же состояние, невозможно определить, по какому пути затухал каждый, как в эксперименте Юнга с двумя щелями. Однако, Λ -атомы распадаются на два различных состояния. Следовательно, в этом случае мы можем распознать путь, даже если он распадается на два излучения, как это делает В -тип. Просто мы уже знаем путь испускания и распада.

Я слышал аналогичный аргумент о резонансах Фано, которые возникают в фотоэлектронном спектре гелия, когда есть резонансный уровень (см., например, ссылку 1). В этом случае интуитивным объяснением была неуверенность в том, ионизируется ли ионизированный электрон напрямую, поглощая два фотона, или сначала возбуждается до резонансного уровня одним фотоном, а затем ионизируется другим.

Вопрос: В случае В -типа атомов, что подразумевается под «путью», по которой атом распадается, и где, согласно этому объяснению, вступает в игру интерференция? Не в том ли дело, что, наблюдая только конечное состояние, мы не можем знать, какой распад произошел для В -типы?

v-типлямбда-типа

  1. Резонансы Фано, наблюдаемые в нанокапельках гелия, Laforge et.al., Phys. Rev. A 93 , 050502 (2016) , arXiv:1510.05473 .

Ответы (2)

Давайте немного проясним проблему. Для системы типа V предположим, что система запускается в состоянии | ψ ⟩ "=" α | а ⟩ + β | б ⟩ . Когда государство | а ⟩ распадается на | с ⟩ , он испускает фотон в режиме а : т. е. фотонная мода а начинается в вакуумном состоянии | 0 ⟩ а и получает один фотон: а а † | 0 ⟩ а "=" | 1 ⟩ а . Точно так же, когда состояние | б ⟩ распадается на | с ⟩ , он излучает в фотонной моде б : | 0 ⟩ б → а б † | 0 ⟩ б "=" | 1 ⟩ б .

Теперь пройдемся по распаду: начнем с системы

| ψ ⟩ ⊗ | 0 ⟩ а | 0 ⟩ б "=" ( α | а ⟩ + β | б ⟩ ) ⊗ | 0 ⟩ а | 0 ⟩ б
То есть атом находится в состоянии | ψ ⟩ , и оба фотонных поля вакуумные. Однако, когда атом распадается, это меняется:
→ α | с ⟩ ⊗ | 1 ⟩ а | 0 ⟩ б + β | с ⟩ ⊗ | 0 ⟩ а | 1 ⟩ б
"=" | с ⟩ ⊗ ( α | 1 ⟩ а | 0 ⟩ б + β | 0 ⟩ а | 1 ⟩ б )
Ключевым моментом здесь является то, что атом теперь полностью распутан с фотонным полем, которое имеет один фотон в суперпозиции двух состояний (фактически мы можем думать об этом как о переносе состояния атомной суперпозиции на фотонное поле!)

Давайте сравним это с Λ система. Здесь мы начинаем в состоянии

| а ⟩ ⊗ | 0 ⟩ с | 0 ⟩ б
Теперь атом распадается:
→ γ | с ⟩ ⊗ | 1 ⟩ с | 0 ⟩ б + β | б ⟩ ⊗ | 0 ⟩ с | 1 ⟩ б .
Здесь атом запутался с испускаемыми фотонами! Действительно, это один из вариантов того, как люди могут намеренно запутывать атомы фотонами. Но вот в чем загвоздка: если вы попытаетесь измерить фотонное поле, вы сколлапсируете атомное состояние в одно из двух состояний. | с ⟩ или | б ⟩ , который также коллапсирует измеренный фотон, чтобы он твердо находился в одной из двух мод (любая фотонная мода с или режим б ).

Принципиальное различие между этими двумя системами состоит в том, что в V-системе атом после распада не запутывается с фотонным полем, тогда как для V-системы Λ системе атом запутался с фотонным полем.

У меня есть другое объяснение, которое, однако, может не соответствовать общепринятому.

В атомах v-типа оба перехода происходят одновременно, потому что любой наименьший вклад из состояния c автоматически привел бы к соответствующим матричным элементам дипольного момента между a и c и между b и c одновременно. При наименьшем вкладе c переход может происходить за счет дипольных колебаний и диссипации энергии за счет радиационной реакции.

Однако в лямбда-типе, чтобы оба перехода происходили одновременно, должны одновременно присутствовать две разные вакуумные моды. Однако, как следует из названия, вакуум является флуктуирующей сущностью, поэтому это крайне маловероятно. Поэтому происходит только один из переходов.

Интуитивное понимание того, почему квантовые биения существуют в атомах типа VVV, но не в атомах типа ΛΛ\Lambda
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v