¿Qué son los estados vestidos en óptica cuántica?

Cuando modela un sistema cuántico que consiste en el campo electromagnético y algún medio atómico, construye un hamiltoniano que consta de una parte atómica, una parte de campo y una parte de interacción. El hamiltoniano atómico puede representarse por los estados propios del átomo, que son solo los diversos niveles de energía atómica. Del mismo modo, la parte del campo es simplemente el número de fotones en el modo de campo. Ambas partes del Hamiltoniano son aproximaciones al sistema real. El sistema real consiste en el sistema de átomo de campo junto con las interacciones entre ellos.

En el límite de campo débil, el Hamiltoniano atómico proporcionará una representación razonable del sistema acoplado, con solo una ligera perturbación del campo. Esta aproximación es suficiente para explicar las líneas espectrales atómicas, como los espectros de emisión y absorción.

Con la llegada de los láseres, es posible conducir un sistema atómico con un campo fuerte. En este caso, las soluciones de campo débil ya no son apropiadas. En particular, la contribución de la parte de interacción del hamiltoniano se vuelve significativa y da lugar a un sistema que evoluciona u oscila coherentemente con una frecuencia bien definida, conocida como la frecuencia de Rabi.

El modelo de estado vestido considera los estados del sistema de átomo de campo acoplado, que son los estados propios del hamiltoniano que incluye las partes atómica, de campo y de interacción. Las estadísticas vestidas luego incluyen estados que se caracterizan por las frecuencias atómica, de campo y Rabi. En particular, las soluciones atómicas se dividen, con la división dada por la frecuencia Rabi.

El modelo atómico vestido es útil para comprender los sistemas atómicos fuertemente impulsados. Si se aplica un campo de sondeo débil adicional, se pueden sondear los espectros del sistema fuertemente impulsado. En particular, el modelo de estado vestido explica muy bien la aparición del espectro de tripletes de Mollow, que consiste en un pico central con dos bandas laterales separadas por la frecuencia Rabi.

Arriba hay una representación pictórica del modelo de estado vestido con la división Rabi de los niveles atómicos y cómo dan lugar al triplete Mollow.

Demostración experimental del triplete Mollow en un único punto cuántico fuertemente impulsado en función de la potencia del láser de accionamiento.

Cuando el átomo interactúa con un haz de luz, los niveles atómicos comienzan a interactuar con los fotones y forman un sistema combinado (sistema átomo-fotón). Los niveles de energía del sistema combinado se caracterizan por el acoplamiento entre los niveles atómicos y los estados de los fotones. Los estados / niveles del sistema combinado se denominan estados vestidos.

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