光子在透射前作为原子激发态平均停留多长时间？
量子物理
2025-09-24 v1 光学
摘要
当单光子穿过一团二能级原子时，通过弱探测原子可测得它作为原子激发态所花费的平均时间，等于原子的自发寿命乘以光子被散射到侧模的概率。由此容易推断，平均而言被散射的光子作为原子激发态停留一个自发寿命，而透射的光子作为原子激发态停留零时间。然而，我们部分作者近期的实验工作 [PRX Quantum 3, 010314 (2022)] 反驳了这一直觉。我们使用弱值形式研究该问题，表明透射光子作为原子激发态停留的时间等于群延迟，其可取正值或负值。我们还确定了散射光子的相应时间，发现其等于散射光子脉冲的时间延迟，该延迟由群延迟和与弹性散射相关的时间延迟（即 Wigner 时间延迟）组成。本工作为光子在吸收介质中传播的复杂且令人惊讶的历史提供了新见解。
引用
@article{arxiv.2310.00432,
title = {How much time does a photon spend as an atomic excitation before being transmitted?},
author = {Kyle Thompson and Kehui Li and Daniela Angulo and Vida-Michelle Nixon and Josiah Sinclair and Amal Vijayalekshmi Sivakumar and Howard M. Wiseman and Aephraim M. Steinberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.00432},
year = {2025}
}
备注
22 pages, 7 figures