长波极限下的光与物质相互作用:无偶极自能则无基态
量子物理
2018-07-11 v1
摘要
大多数关联光-物质系统的理论研究都在长波极限内进行,即假定电磁场在空间上均匀。在此极限下,对完全量子化的光-物质系统作所谓长度规范变换,会在哈密顿量中产生偶极自能项,即总偶极物质矩的谐振势。实践中该项常被舍弃,因其被认为已包含在动能项中。本工作展示了偶极自能项的必要性。首先且最重要的是,没有它,长波极限下的光-物质系统没有基态,即联合光-物质系统不稳定。此外,由长度规范变换引起的物质与光子自由度的混合(也改变了物质平移算符的表示)产生了物质中的麦克斯韦方程,而忽略偶极自能会导致对这些方程的违背。具体地,我们表明若无偶极自能,所谓的“退极化位移”无法被恰当描述。最后我们表明,若在长度规范变换之后取半经典极限,该项同样出现。与先在长度规范变换前取半经典极限的标准做法相反,所得哈密顿量下有界从而支持基态。这对实际计算以及非相对论QED形式的密度泛函变分实现非常重要。例如,联合光-物质基态的存在使得非微扰地计算Stark位移成为可能。
引用
@article{arxiv.1807.03635,
title = {Light-matter interaction in the long-wavelength limit: no ground-state without dipole self-energy},
author = {Vasil Rokaj and Davis M. Welakuh and Michael Ruggenthaler and Angel Rubio},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.03635},
year = {2018}
}