光与物质相互作用的三维理论

我们提出了一种完整的量子力学三维理论，用于描述电磁场与全同原子系综的相互作用。该理论的构建旨在描述近期关于光 - 物质量子接口的实验，其中光的量子涨落被映射到原子上，然后再映射回光。我们表明，光与原子的相互作用可以分离为系综的平均效应和偏离平均的涨落。相互作用的平均效应有效地产生了气体的折射率。我们形式化地变换到缀饰态图像，其中光模式是衍射问题的解，并针对涨落发展了微扰展开。这些涨落源于量子涨落以及原子的随机位置。在此微扰展开中，我们展示了量子涨落如何在原子和光之间进行映射，而原子的随机定位则导致了由自发辐射引起的衰减。此外，我们确定了某些极限情况，在这些情况下，完整的三维理论可简化为通常用于描述该相互作用的一维理论。