Pulso de fotón único y su campo electromagnético.

Describo la distribución temporal de un pulso de fotón único en un experimento de interferómetro en el vacío a través de la función gaussiana. ψ :

ψ ( t ) = 1 ( 2 π σ 2 ) 1 / 4 mi t 2 4 σ 2 mi i ω 0 t .
esta normalizado
| ψ ( t ) | 2 d t = 1 ,
y la transformada de Fourier es la función de onda en el dominio de la frecuencia,
ψ ~ ( ω ) = 1 2 π ψ ( t ) mi i ω t d t = ( 2 σ 2 π ) 1 4 mi σ 2 ( ω ω 0 ) 2 ,
tal que | ψ ~ ( ω ) | 2 representa la distribución de frecuencias del fotón. Por supuesto, este no es mi invento, pero lo vi en muchos artículos, como en ref1 o en ref2 . Curiosamente siempre descuidan la fase. mi i ω 0 t en ψ ( t ) , pero eso es otra cosa.

Sin embargo, dado que un pulso de un solo fotón sigue siendo un pulso electromagnético, ¿existe algún vínculo entre ψ ( t ) y el campo electrico mi ( t ) de este pulso? Como eso

mi ( t ) Re [ ψ ( t ) ] mi t 2 4 σ 2 porque ( ω 0 t ) ?

Sé que en realidad hay una diferencia conceptual. La función ψ ( t ) es una amplitud de probabilidad en el dominio del tiempo mientras que mi ( t ) es un campo eléctrico real. En un divisor de haz 50/50, por ejemplo, el campo eléctrico se dividiría en dos partes donde ambas partes se pueden medir, mientras que la amplitud de probabilidad ψ ( t ) , que también se divide en dos partes, haría que los detectores hicieran clic en la parte transmitida o en la parte reflejada.

Entonces, ¿existe ahora un vínculo entre ψ ( t ) y el campo electrico mi ( t ) ¿O no?

PD: Por supuesto que conozco el concepto de segunda cuantificación y la cuantificación del campo electromagnético. Pero nunca entendí cómo usar eso para describir pulsos de fotones individuales en el vacío...

Respuestas (1)

Su función de onda de pulso de fotón único es un elemento de la primera capa de Fock (el cero es la capa de vacío) del espacio de Fock de campo de Maxwell cuantificado. El campo eléctrico sigue siendo un operador, pero puede obtener su valor esperado como < mi >=< ψ | mi | ψ > .

Gracias por tu respuesta. Pero aplicado a mi notación, ¿cómo puedo calcular este valor esperado? ¿Cómo el operador mi ¿parece? Sé la notación donde mi está escrito en términos de los operadores de creación y aniquilación... pero realmente no veo cómo mi ψ ( t ) es un estado fock creado por uno de estos operadores de creación...
Su estado ψ está dado (se puede obtener actuando con el operador de creación a ( ψ ) en el estado de vacío de campo) y el operador mi actúa sobre él. E se da en términos de operadores de creación y aniquilación ( en.wikipedia.org/wiki/Quantization_of_the_electromagnetic_field ). Pero dado que los operadores de creación y aniquilación se asignan a diferentes capas de Fock <ψ}E|ψ> desaparece Pero <ψ}E^2|ψ> no es.
Corrección: a ( ψ ) debiera ser un#(ψ) .
Creo que podría estar interesado en esto. Cuando tienes un estado de un solo fotón 1 , puede extraer lo que se llama la función de onda de fotones calculando 0 mi ^ ( X , t ) 1 . Corresponde a la señal analítica del campo eléctrico ``portado'' por ese fotón. Si te interesa puedo darte algunas referencias sobre ese tema.