Intuition dafür, warum es Quantenschläge im VVV-Typ gibt, aber nicht in ΛΛ\Lambda-Typ-Atomen

Bei der Berechnung der emittierten Intensität eines angeregten Λ -Typ bzw v -Typ-Atom mit einem quantisierten Feld (anstelle eines halbklassischen Ansatzes mit nur quantisierten Energieniveaus) findet man, dass es eine Schwebungsmodulation über der emittierten Intensität für gibt v -Typ, aber nicht für Λ -Typ Atome. Die Berechnungen sind recht übersichtlich, aber bei der intuitiven Erklärung des Ergebnisses bin ich mir nicht sicher, ob ich es richtig verstehe. Die Wikipedia-Seite zu Quantenschlägen sagt

Dieser Unterschied wird durch quantenmechanische Unsicherheit verursacht. A v -Atom zerfällt in den Zustand | C ⟩ über die Emission mit ω A Und ω B . Da beide Übergänge in den gleichen Zustand zerfallen sind, kann man ähnlich wie bei Youngs Doppelspaltexperiment nicht bestimmen, auf welchem ​​Weg jeder zerfallen ist. Jedoch, Λ -Typ-Atome zerfallen in zwei verschiedene Zustände. Daher können wir in diesem Fall den Weg erkennen, auch wenn er wie über zwei Emissionen zerfällt v -Typ. Wir kennen einfach den Weg der Emission und des Zerfalls bereits.

Ich habe ein ähnliches Argument über die Fano-Resonanzen gehört, die im Photoelektronenspektrum von Helium entstehen, wenn es ein Resonanzniveau gibt (siehe z. B. Lit. 1). In diesem Fall war die intuitive Erklärung die Ungewissheit, ob das ionisierte Elektron direkt durch die Absorption von zwei Photonen ionisiert wurde oder zuerst von einem Photon auf das Resonanzniveau angeregt und dann von einem anderen ionisiert wurde.

Frage: Im Fall von v -Typ-Atomen, was ist mit dem "Weg" gemeint, auf dem das Atom zerfällt, und wo kommt nach dieser Erklärung die Interferenz ins Spiel? Ist es so, dass wir, wenn wir nur den Endzustand beobachten, nicht wissen können, welcher Zerfall stattgefunden hat? v -Typen?

v-typLambda-Typ

  1. In Helium-Nanotröpfchen beobachtete Fano-Resonanzen, Laforge et.al., Phys. Rev. A 93 , 050502 (2016) , arXiv:1510.05473 .

Antworten (2)

Lassen Sie uns das Problem ein wenig verdeutlichen. Nehmen Sie für das System vom Typ V an, dass das System im Status startet | ψ ⟩ = a | A ⟩ + β | B ⟩ . Wenn der Staat | A ⟩ zerfällt zu | C ⟩ , emittiert es ein Photon im Modus A : dh der Photonenmodus A startet im Vakuumzustand | 0 ⟩ A und erhält ein einzelnes Photon: A A † | 0 ⟩ A = | 1 ⟩ A . Ebenso, wenn Zustand | B ⟩ zerfällt zu | C ⟩ , emittiert es im Photonenmodus B : | 0 ⟩ B → A B † | 0 ⟩ B = | 1 ⟩ B .

Lassen Sie uns nun durch den Zerfall gehen: Wir beginnen mit dem System

| ψ ⟩ ⊗ | 0 ⟩ A | 0 ⟩ B = ( a | A ⟩ + β | B ⟩ ) ⊗ | 0 ⟩ A | 0 ⟩ B
Das heißt, das Atom befindet sich im Zustand | ψ ⟩ , und beide Photonenfelder sind Vakuum. Wenn das Atom jedoch zerfällt, ändert sich dies:
→ a | C ⟩ ⊗ | 1 ⟩ A | 0 ⟩ B + β | C ⟩ ⊗ | 0 ⟩ A | 1 ⟩ B
= | C ⟩ ⊗ ( a | 1 ⟩ A | 0 ⟩ B + β | 0 ⟩ A | 1 ⟩ B )
Der Schlüssel hier ist, dass das Atom jetzt vollständig mit dem Photonenfeld entflochten ist, das ein Photon in einer Überlagerung von zwei Zuständen hat (tatsächlich können wir uns das als Übertragung des atomaren Überlagerungszustands auf das Photonenfeld vorstellen!)

Lassen Sie uns dies dem gegenüberstellen Λ System. Hier fangen wir im Staat an

| A ⟩ ⊗ | 0 ⟩ C | 0 ⟩ B
Jetzt zerfällt das Atom:
→ γ | C ⟩ ⊗ | 1 ⟩ C | 0 ⟩ B + β | B ⟩ ⊗ | 0 ⟩ C | 1 ⟩ B .
Hier wird das Atom mit den emittierten Photonen verschränkt! Tatsächlich ist dies eine Variante, wie Menschen Atome absichtlich mit Photonen verschränken können. Aber hier ist der Haken: Wenn Sie versuchen, das Photonenfeld zu messen, kollabieren Sie den atomaren Zustand in einen der beiden Zustände | C ⟩ oder | B ⟩ , wodurch das gemessene Photon auch so zusammenfällt, dass es sich fest in einem der beiden Modi befindet (beide Photonenmodi C oder Modus B ).

Der grundlegende Unterschied zwischen diesen beiden Systemen besteht darin, dass im V-System das Atom nach dem Zerfall nicht mit dem Photonenfeld verschränkt ist, während für das Λ System ist das Atom mit dem Photonenfeld verschränkt.

Ich habe eine andere Erklärung, die jedoch möglicherweise nicht mit dem Mainstream übereinstimmt.

In Atomen vom v-Typ treten beide Übergänge gleichzeitig auf, da jeder kleinste Beitrag vom Zustand c automatisch zu entsprechenden Dipolmoment-Matrixelementen zwischen a und c und zwischen b und c gleichzeitig führen würde. Wenn es einen kleinsten Beitrag von c gibt, kann der Übergang durch Dipoloszillationen und Energiedissipation durch Strahlungsreaktion erfolgen.

Beim Lambda-Typ müssen jedoch beide Übergänge gleichzeitig auftreten, zwei verschiedene Vakuummodi müssen gleichzeitig vorhanden sein. Wie der Name jedoch sagt, ist Vakuum eine schwankende Einheit, daher ist dies äußerst unwahrscheinlich. Daher findet nur einer der Übergänge statt.

Intuition dafür, warum es Quantenschläge im VVV-Typ gibt, aber nicht in ΛΛ\Lambda-Typ-Atomen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v