Когда квантовая оптика «верна»?

Каков режим, при котором мы можем считать квантовооптическое описание света хорошим приближением более правильной теории, такой как КЭД?

Под квантовой оптикой я подразумеваю описание электромагнитного поля как набора гармонических осцилляторов и его взаимодействие с частицами через гамильтониан

ЧАС "=" ( п − А ) 2 2 м + В с о ты л + ЧАС ф р е е
где ЧАС ф р е е представляет собой сумму гармонических осцилляторов.

Я бы сказал, что физические приложения в этой картине ограничены не тем, как вы обращаетесь с фотонами, а тем, как вы обращаетесь с материей. Если вы не можете допустить образования пар, то вы должны оставаться ниже порога образования пар как по энергии, так и по плотности фотонов.

Ответы (2)

Вторично-квантованное описание электромагнитного поля в терминах осцилляторов справедливо и в КЭД. Измененная часть представляет собой описание заряженных частиц с одной частицей. Другими словами, в КЭД разрешено создание пар (виртуальное и реальное). Таким образом, для энергетического масштаба меньше, чем 2 м с 2 а также при низких интенсивностях (см. предел Швингера ), когда образование пар невозможно или подавлено, можно работать с фиксированным числом заряженных частиц.

(Промежуточным шагом к КЭД является переход от нерелятивистского уравнения Шредингера к уравнению Дирака (или Клейна-Гордона). Нарушение этого описания иллюстрируется парадоксом Клейна.)

(Отредактировано с учетом комментария @curiousone.)

+1 за краткое собрание полезного критерия, интуитивное и ясное обоснование для него, а также ссылку на парадокс Клейна, который очень элементарно показывает, насколько осторожно нужно действовать, когда можно начать производство пар. Замечательный.

Согласно Википедии , квантовая оптика изучает свет и его взаимодействие с материей как в полуклассическом, так и в квантовом режиме.

Полуклассическое описание используется, когда мы имеем дело только со средними эффектами, такими как изменение интенсивности света и инверсия населенностей в лазерах . В этом описании свет рассматривается как классическая электромагнитная волна, а атом рассматривается как объект квантовой механики. Все явления дифракции и интерференции света можно описать, рассматривая свет как классическую электромагнитную волну.

Но если мы имеем дело с кратковременными флуктуациями света и корреляционными функциями интенсивности более высокого порядка , мы должны использовать квантовое описание света, т.е. свет состоит из дискретных квантов, называемых фотонами. Эти фотоны создаются и уничтожаются атомами и молекулами. Рождение и уничтожение фотонов описывается лестничными операторами ( а и а † соответственно) гармонического осциллятора. Этот эксперимент расскажет вам больше о квантовом описании света.

Квантовая электродинамика (КЭД) — это исследование взаимодействий между элементарными частицами на релятивистских скоростях (очень высоких энергиях) или для объяснения очень крошечных сдвигов энергетических уровней атомов, называемых лэмбовским сдвигом . Здесь взаимодействие между заряженными частицами происходит путем обмена фотонами. Таким образом, описание света здесь такое же, как и вышеупомянутое квантовое описание света. Эти фотоны КЭД обычно называют виртуальными фотонами, потому что они не могут быть обнаружены напрямую. Но реальный фотон также может быть получен, когда материя и антиматерия объединяются , чтобы дать фотон. Также очень высокоэнергетический (высокочастотный) фотон, называемый гамма-фотоном , может спонтанно создавать пару частиц материи и антиматерии.при наличии ядра. Это область КЭД.

Когда квантовая оптика «верна»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v