¿Son las oscilaciones de Rabi un proceso cuántico puro?

Las oscilaciones de Rabi se conocen comúnmente como las oscilaciones en el tiempo de la probabilidad de ocupación de un sistema cuántico de dos niveles bajo la acción de una interacción de acoplamiento entre los dos niveles.

Sin embargo, creo que las oscilaciones de Rabi realmente no sondean los efectos cuánticos de luz-materia hasta que se observan frecuencias discretas de Rabi, como se hizo, por ejemplo , en

M. Brune, F. Schmidt-Kaler, A. Maali, J. Dreyer, E. Hagley, J.-M. Raimond & S. Haroche. Oscilación Quantum Rabi: una prueba directa de cuantización de campo en una cavidad. Cartas de revisión física 76 1800–1803 (1996) . ( artículo de lectura libre )

Entonces mi pregunta es la siguiente: ¿Son las oscilaciones de Rabi una prueba de cuántica o no? (Por cuántica me refiero aquí a una especie de dualidad partícula-onda) En particular: ¿son efectos similares observables entre dos modos oscilantes? Para entender un poco más esta última pregunta, es claro que la discrecionalidad de las frecuencias de Rabi son una prueba de la dualidad partícula-onda. Entonces, la pregunta se puede reformular como: ¿Qué sucede si olvido el sistema de dos niveles? Por ejemplo, ¿qué sucede si reemplazo el sistema de dos niveles con un oscilador armónico cuántico y luego tomo el límite clásico para este oscilador?

En mi opinión, esta es una pregunta muy interesante, pero creo que su último párrafo es muy confuso (a pesar de saber un par de cosas sobre la interacción átomo-luz). ¿Cuál es su criterio de "cuantificación"? Además, defina las oscilaciones de Rabi (para Brune & Co, existe una oscilación inversa y forzada de un átomo y un campo; más convencionalmente, es entre dos estados discretos dentro del mismo átomo).
No me queda muy clara tu pregunta. ¿Por qué exactamente crees que las oscilaciones de Rabi no sondean la "cuantificación" y en qué régimen? ¿Te refieres a la naturaleza cuántica de la luz o del sistema impulsado? En su último párrafo, ¿cuáles cree que serían sus 'dos ​​modos oscilantes'? ¿Propones eliminar por completo el TLS? o reemplazarlo con algo más?
@Slaviks Gracias por señalar que no estaba claro. He intentado ser más explícito. Por favor, hágamelo saber si todavía no está claro.
@EmilioPisanty Gracias por tu comentario. De hecho, no estaba claro. Me gustaría saber (por ejemplo) cuál sería el efecto de un láser brillando en un oscilador armónico cuántico, por ejemplo. Creo que debería obtener oscilaciones tipo Rabi (en el sentido: serán oscilaciones de la probabilidad de ocupación, pero podrían ser mucho más complejas que un simple seno), y me pregunto si prueba los niveles discretos del oscilador cuántico, y/o la naturaleza cuántica del campo de luz. En Haroche, Brune, Raimond & co. experimento, prueban sólo la naturaleza cuántica de la luz.
... Pero siempre estoy confundido con esto. Para mí, ni el átomo ni la luz tienen un comportamiento cuántico, solo la interacción se comporta mecánicamente cuánticamente. Dicho de otra manera, no creo que el fotón sea una partícula de excitación electromagnética, sino que un fotón es el intercambio de energía entre la materia y la luz. Pero este es un tema bastante semántico, no de mucho interés supongo. Por favor, hágamelo saber si todavía no estoy claro.
@Oaoa Estaba preguntando sobre un criterio objetivo y operativo de "cuanticidad", por ejemplo, inexplicable por una cierta clase de modelos. Debe definir qué considera cuántico y qué no lo es (generalmente lo llamamos clásico). Explicar la "cuanticidad" como "una especie de dualidad partícula-onda" para mí es una tauatología, ¡lo siento!
@Slaviks Gracias por comentar. ¿Conoces algún criterio operativo y objetivo de cuántica ? Yo no, lo siento. Pero me encantaría saber más sobre estos criterios objetivos. También hice una pregunta relacionada aquí: physics.stackexchange.com/q/76202/16689 si desea compartir su opinión, sería un verdadero placer :-) Estoy totalmente de acuerdo con usted. quantum = partícula-onda es una tautología, pero Pensé que querías que precisara este punto. Perdona por haber malinterpretado tu comentario anterior.
@oaoa Para mí, QED es el mejor marco conceptual disponible para la física atómica. Existen diferentes teorías/modelos clásicos, compatibles con QED, cada uno en un dominio determinado: modelo de oscilador de Lorentz, ecuaciones de Bloch ópticas semiclásicas, etc. Se puede decir que "cuántico" es lo que está fuera del dominio de validez de una cierta aproximación, por ejemplo, efectos más allá de las ecuaciones de Bloch. Pero personalmente no me importa mucho calificar semánticamente en qué medida esta o aquella aproximación es "cuántica".

Respuestas (2)

Las oscilaciones de Rabi pueden sondear la "cuantificación" del campo electromagnético. Los campos cuantificados que interactúan con sistemas de dos niveles pueden provocar colapsos y reactivaciones en las oscilaciones de Rabi. Este es un efecto cuántico puro. Cualquier libro de texto sobre óptica cuántica explicará este fenómeno. Así lucen [de Quantum Optics, de M. Scully y M. Zubairy]Colapso y reactivaciones de las oscilaciones de Rabi

Gracias por esta interesante respuesta. ¿Podría darnos alguna verificación experimental de este avivamiento? Gracias de antemano.

Los osciladores clásicos pueden mostrar oscilaciones Rabi. Por ejemplo, si toma dos péndulos idénticos y los acopla (débilmente), la energía se transfiere de un lado a otro . Estas son oscilaciones Rabi.

Si los osciladores tienen diferentes frecuencias, F 1 , F 2 , y la fuerza de acoplamiento se modula a la diferencia de frecuencia F 1 − F 2 , también obtienes oscilaciones Rabi. Si modulas accidentalmente a la frecuencia de suma, F 1 + F 2 , entonces ambas amplitudes explotan exponencialmente (lo que me hace preguntarme: ¿Existe una analogía mecánico-cuántica para esta explosión?).

Estas son propiedades bien conocidas de los osciladores clásicos. Se redescubren cada pocos años . Para mí, las oscilaciones de Rabi y su prima, el paso rápido adiabático, son fenómenos puramente clásicos. En física cuántica, modelamos cada nivel de energía como un oscilador perfectamente armónico con una frecuencia dada por la energía y una amplitud/fase dada por la amplitud cuántica de ese nivel. Si usamos una fuerza de acoplamiento adecuada, los sistemas cuánticos exhibirán oscilaciones de Rabi. La fuerza de acoplamiento se puede realizar, por ejemplo, mediante un campo electromagnético modulado, como la luz con la frecuencia adecuada.

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