自由空间中统计辐射压力的量子理论

已知光通过动量从光到表面的转移对任何入射表面施加辐射压力。一般而言，该力被假定为推斥或排斥性质。本文中，我们给出辐射压力的完整量子处理。我们表明原子与光的相互作用可由于光子的吸收和发射分别导致排斥和吸引的力。初始制备于激发态的原子与光相互作用时将经历拉力。另一方面，若原子制备于基态，则力为排斥的，同时大小与前述情况相同。因此，对于原子系综，净力的方向将由激发态和基态布居数决定。在光-物质相互作用的半经典处理中，吸收和发射过程具有相同概率。因此两过程中力的大小结果相同。我们获得了与量子电磁场相互作用的激发原子的有效发射轮廓，并表明在量子处理中，尽管这些概率不同，两种统计力的大小保持相同。这可解释为：发射过程中额外的贡献源于原子与电磁场真空模的相互作用，导致对称发射轮廓，对系综中原子贡献净零力。我们进一步确定了导致对原子非零动量转移的电磁场状态集合。