具有衰变原子自旋态的多体量子光学: ($\gamma$, $\kappa$) Dicke模型

我们为开放Dicke模型的量子光学实现提供了一个理论，其中内部原子自旋态受到自发辐射速率 $\gamma$ 的影响。这为激发不可逆地耗散到环境中引入了第二个衰变通道，除了光子损耗速率 $\kappa$ 之外，该通道由个体原子衰变过程和集体原子衰变机制组成。后者的强度由腔几何结构决定。我们计算了长时间极限 $t\rightarrow \infty$ 下自旋和光子可观测量的平均场非平衡稳态。尽管 $\gamma$ 不守恒自旋阵列的总角动量，但我们论证了在热力学极限下，即原子数 $N\rightarrow \infty$ 时，我们的解是精确的。鉴于近期和即将进行的利用光学晶格中固定原子的内部自旋态实现超辐射相变的实验，我们的工作为探索一类与量子光耦合的新型开放量子磁体奠定了基础。