多能级原子的张量极化率和色散量子测量

从对物理系统进行的测量中最佳地提取信息需要对测量相互作用进行精确建模。通过碱金属原子云与离共振光学探针的相互作用连续探测其集体自旋，是此类测量的一个重要例子，其中可以使用原子物理学的标准技术在量子层面进行现实建模。然而，通常为了简化，关于该技术的教程描述忽略了现实原子的多能级结构。在本文中，我们考虑了碱金属原子的完整多能级结构，并推导了描述典型色散量子测量的极化率哈密顿量的不可约形式。对于一组特定参数，我们随后证明了该理论的半经典预测与我们对激光冷却铯原子极化云偏振散射的实验观察一致。我们还推导了单次测量试验下的信噪比，并利用它来预测对于探针光束任意失谐的多能级碱金属原子的自旋压缩速率。