量子自由电子波包的自发与受激辐射——QED分析

自由电子波函数的波包尺寸及其历史是否在其与光的相互作用中产生物理效应？本文通过分析一个QED模型来解答这一问题，同时考虑量子化辐射场的自发与受激辐射。对于相干辐射（Glauber态），我们确认光子的受激辐射/吸收对波包尺寸存在依赖关系，当波包尺寸超过相互作用的辐射波长时该依赖衰减，这与经典电磁场中波包加速的薛定谔方程分析一致且互补。此外，具有相干聚束轮廓的调制电子波包的受激辐射具有特征谐波发射谱，该谱同样依赖于波包尺寸但超出频率截止。在这两种情况下，Fock态辐射均无依赖于波包的发射，特别是真空态自发辐射与波包无关。本文在电子波包表象中展示了辐射发射从经典点粒子极限到量子电子波函数极限的过渡。这表明了一种测量单电子波函数波包尺寸的方法，并为从根本上探索光与物质相互作用指出了新方向。