光子质量拖曳与介质中光的动量
光学
2017-07-05 v5
摘要
介质中电磁波的传统理论假定随光脉冲在介质中传播的能量完全由场携带。因此，光脉冲的光力场将驱动原子质量密度波（MDW）及相关的动能与弹性能向前传播的可能性被忽略。本工作中，我们提出一种介质中光传播的协变理论的基础，将光波与由感生偶极子和电磁场之间的光弹性力所驱动的介质原子动力学同时考虑。我们证明，伴随光脉冲的质量作为 MDW 的转移，即光子质量拖曳效应，对光脉冲的总动量有本质贡献，使其等于 Minkowski 动量。因此，我们的理论也解决了非色散介质中光的动量的百年 Abraham-Minkowski 争议。我们利用两个独立而互补的协变模型推导光子质量拖曳效应。在质量极化子（MP）准粒子方法中，我们将光脉冲视为光子与物质之间的耦合态，与介质其余部分隔离。MP 的动量与转移质量明确地遵循洛伦兹不变性与自然的基本守恒定律。为了计算光脉冲的质量与动量分布，我们还将连续介质电动力学推广以考虑介质的光弹性动力学。在此光弹性连续介质动力学（OCD）方法中，我们得到光脉冲在介质中传播时介质牛顿连续体动力学的数值精确解。最后我们讨论利用光波导装置实验测量光脉冲转移质量的可能性。
引用
@article{arxiv.1603.07224,
title = {Photon mass drag and the momentum of light in a medium},
author = {Mikko Partanen and Teppo Häyrynen and Jani Oksanen and Jukka Tulkki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1603.07224},
year = {2017}
}