强相互作用光子的非平衡图论方法

我们发展了一种基于系统性图展开的非平衡场论方法，用于研究光学致密原子介质中的强相互作用光子。我们考虑光子传播特征长度 $L_P$ 远大于原子间距 $a$，且原子激发密度足够低从而可忽略饱和效应的情形。在高极化率介质中，光子通过继承自原子的相互作用而经历非线性。若原子-原子相互作用范围 $L_E$ 同样远大于 $a$，我们证明具有光子间动量转移的散射过程被因子 $a/L_E$ 抑制。于是我们能够对特定（类 Hartree）图子类进行自洽重求和，并在大单原子合作性的高度非微扰区获得定量结果。在此我们发现，由于相互作用的耗散性质，涌现出重要的、概念上全新的集体现象，其甚至导致新颖的相变。通过纳入 $a/L_E$ 的首阶修正，我们研究了这些相变的鲁棒性。我们考虑了在 EIT 条件下沿原子阵列附近波导以及 Rydberg 系综内传播的光子的具体应用。