洛伦兹-米粒子光相互作用的量子理论：光学探测与三维基态冷却

我们在超出点偶极近似的条件下，从理论上分析了悬浮介电球与量子电磁场相互作用的运动量子动力学。为此，我们推导了描述光子与质心声子之间基本耦合（包括斯托克斯与反斯托克斯过程）的哈密顿量，以及任意折射率和尺寸介电球的耦合速率。随后我们推导了激光反冲加热速率与信息辐射图样（携带质心运动信息的散射光角分布），并展示了在聚焦激光束下、以行波或驻波构型高效计算它们的方法。该信息对于实现超出点偶极近似的光学悬浮介电球主动反馈冷却至关重要。我们的结果预测了若干实验上可行的构型与参数区间，其中光学探测与主动反馈可同时冷却至微米尺度介电球质心运动的三维基态。增大可冷却至质心基态的介电颗粒质量，不仅与在大尺度下检验量子力学相关，也与当前利用光学悬浮传感器搜寻新物理（如暗物质）的实验努力息息相关。