Interacción Átomo-Campo: De las Fluctuaciones del Vacío a la Radiación Cuántica y la Disipación Cuántica o Reacción de Radiación
Autores: Hsiang, Jen-Tsung; Hu, B. L.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Interacción Átomo-Campo: De las Fluctuaciones del Vacío a la Radiación Cuántica y la Disipación Cuántica o Reacción de Radiación
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Física
Palabras clave
Fluctuaciones cuánticas
Reacción de radiación
Relación de fluctuación-disipación
Interacciones átomo-campo
Disipación cuántica
Relaciones de correlación-propagación
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, nos centramos en tres cuestiones: (1) revisitar la relación entre las fluctuaciones del vacío y la reacción de radiación en las interacciones átomo-campo, un viejo problema que comenzó en la década de 1970 y se resolvió en la década de 1990 con su resolución registrada en monografías; (2) la relación de fluctuación-dispersión (FDR) del sistema, señalando las diferencias entre la forma convencional en la teoría de respuesta lineal (LRT) que asume un acoplamiento ultra débil entre el sistema y el baño, y la FDR en un estado final equilibrado, relajado a partir de la evolución fuera del equilibrio de un sistema cuántico abierto; (3) radiación cuántica de un átomo que interactúa con un campo cuántico: comenzamos con las fluctuaciones del vacío en el campo actuando sobre los grados de libertad internos (idf) de un átomo, añadiendo a su dinámica un componente estocástico que engendra radiación cuántica cuya retroacción causa disipasión cuántica en el idf del átomo. Mostramos explícitamente cómo diferentes términos que representan estos procesos aparecen en las ecuaciones de movimiento. Luego, utilizando el ejemplo de un átomo estacionario, mostramos cómo la ausencia de radiación en estos casos simples es el resultado de complejas cancelaciones, en un punto de observación lejano, de la interferencia entre la radiación emitida por el átomo y las fluctuaciones locales en el campo libre. Al hacerlo, señalamos en el Problema 1 que la entidad que entra en la relación de dualidad con las fluctuaciones del vacío no es la reacción de radiación, que puede existir como una entidad clásica, sino la disipasión cuántica. Finalmente, respecto al problema 2, señalamos que para sistemas con muchos átomos, la coexistencia de un conjunto de relaciones de correlación-propagación (CPRs) describe cómo las correlaciones entre los átomos están relacionadas con la propagación de su influencia mutua (retardada no Markoviana) que se manifiesta en el campo cuántico. La CPR es absolutamente crucial para mantener el equilibrio de los flujos de energía entre los constituyentes del sistema y entre el sistema y su entorno. Sin la consideración de esta relación adicional en conexión con la FDR, no se puede mantener la auto-consistencia dinámica. Una combinación de estos dos conjuntos de relaciones forma una relación de FDR matricial generalizada que captura la esencia física de la interacción entre un átomo y un campo cuántico a cualquier fuerza de acoplamiento.
Descripción
En este artículo, nos centramos en tres cuestiones: (1) revisitar la relación entre las fluctuaciones del vacío y la reacción de radiación en las interacciones átomo-campo, un viejo problema que comenzó en la década de 1970 y se resolvió en la década de 1990 con su resolución registrada en monografías; (2) la relación de fluctuación-dispersión (FDR) del sistema, señalando las diferencias entre la forma convencional en la teoría de respuesta lineal (LRT) que asume un acoplamiento ultra débil entre el sistema y el baño, y la FDR en un estado final equilibrado, relajado a partir de la evolución fuera del equilibrio de un sistema cuántico abierto; (3) radiación cuántica de un átomo que interactúa con un campo cuántico: comenzamos con las fluctuaciones del vacío en el campo actuando sobre los grados de libertad internos (idf) de un átomo, añadiendo a su dinámica un componente estocástico que engendra radiación cuántica cuya retroacción causa disipasión cuántica en el idf del átomo. Mostramos explícitamente cómo diferentes términos que representan estos procesos aparecen en las ecuaciones de movimiento. Luego, utilizando el ejemplo de un átomo estacionario, mostramos cómo la ausencia de radiación en estos casos simples es el resultado de complejas cancelaciones, en un punto de observación lejano, de la interferencia entre la radiación emitida por el átomo y las fluctuaciones locales en el campo libre. Al hacerlo, señalamos en el Problema 1 que la entidad que entra en la relación de dualidad con las fluctuaciones del vacío no es la reacción de radiación, que puede existir como una entidad clásica, sino la disipasión cuántica. Finalmente, respecto al problema 2, señalamos que para sistemas con muchos átomos, la coexistencia de un conjunto de relaciones de correlación-propagación (CPRs) describe cómo las correlaciones entre los átomos están relacionadas con la propagación de su influencia mutua (retardada no Markoviana) que se manifiesta en el campo cuántico. La CPR es absolutamente crucial para mantener el equilibrio de los flujos de energía entre los constituyentes del sistema y entre el sistema y su entorno. Sin la consideración de esta relación adicional en conexión con la FDR, no se puede mantener la auto-consistencia dinámica. Una combinación de estos dos conjuntos de relaciones forma una relación de FDR matricial generalizada que captura la esencia física de la interacción entre un átomo y un campo cuántico a cualquier fuerza de acoplamiento.