Генерация фотона возбужденным атомом происходит в конечном по времени процессе перестройки внутренних полей напряжений вокруг электрона, меняющего орбиту. Излучение света имеет близкие аналогии с генерацией вихревых структур в сплошной среде и адекватно отражается в рамках традиционной, не квантовой механики. Рассмотрены силовые параметры перехода электрона между термами атома в режиме автоколебаний с излучением фотона. Проведен анализ трансформации исходного момента вращения электрона в спин излучаемого фотона с формированием нового момента вращения за счет работы поля ядра. Из частотных и энергетических зависимостей получены оценки геометрических размеров оптического фотона. The generation of a photon by an excited atom occurs in a fi nite time-dependent process of rearrangement of internal stress fi elds around an electron that changes its orbit. Radiation of light has close analogies with the generation of vortex structures in a continuous medium and is adequately refl ected in the framework of traditional, non-quantum mechanics. Power, energy characteristics of the electron transition between the terms of the atom in the regime of self-oscillations with the emission of a photon are considered. An analysis is made of the transformation of the initial angular momentum of the electron into the spin of the emitted photon with the formation of a new angular momentum due to the work of the nuclear fi eld. From the frequency and energy dependences, estimates of the geometric dimensions of the optical photon are obtained.
Генерация фотона возбужденным атомом происходит в конечном по времени процессе перестройки внутренних полей напряжений вокруг электрона, меняющего орбиту. Излучение света имеет близкие аналогии с генерацией вихревых структур в сплошной среде и адекватно отражается в рамках традиционной, не квантовой механики. Рассмотрены силовые параметры перехода электрона между термами атома в режиме автоколебаний с излучением фотона. Проведен анализ трансформации исходного момента вращения электрона в спин излучаемого фотона с формированием нового момента вращения за счет работы поля ядра. Из частотных и энергетических зависимостей получены оценки геометрических размеров оптического фотона. The generation of a photon by an excited atom occurs in a fi nite time-dependent process of rearrangement of internal stress fi elds around an electron that changes its orbit. Radiation of light has close analogies with the generation of vortex structures in a continuous medium and is adequately refl ected in the framework of traditional, non-quantum mechanics. Power, energy characteristics of the electron transition between the terms of the atom in the regime of self-oscillations with the emission of a photon are considered. An analysis is made of the transformation of the initial angular momentum of the electron into the spin of the emitted photon with the formation of a new angular momentum due to the work of the nuclear fi eld. From the frequency and energy dependences, estimates of the geometric dimensions of the optical photon are obtained.
1983 г. Август Том 140, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСЕЙX НАУВ МЕТОДИЧЕСКИЕ ЗАМЕТКИ .535О ПРИРОДЕ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В. Л. Гинзбург1. Спонтанное излучение, наряду с поглощением и индуцированным (вынужденным) излучением, принадлежит к числу основных, наиболее элементарных процессов, и с ним приходится иметь дело, особенно в оптике, буквально на каждом шагу.Как найти вероятность или интенсивность •спонтанного излучения, скажем, в случае атома при переходе электрона из какого-либо верхнего состояния в более низкое, хорошо известно: для этого нужно лишь вычислить некоторый матричный элемент, зависящий от волновых функций верхнего и нижнего состояний.Какова, однако, природа спонтанного излучения?Чем оно вызвано, является ли оно квантовым или классическим эффектом?Если читатель знает правильный ответ, который в достаточной мере тривиален, то пусть все же не спешит обвинить автора настоящей заметки в том, что он ломится в широко открытую дверь.Для того чтобы убедиться в существовании ^весьма распространенных недоразумений в вопросе о природе спонтанного излучения, достаточно, вероятно, будет «спросить соседа».Прежде чем решиться написать эту заметку, я и сам произвел такой «опрос», причем -с тем же результатом, о котором недавно сообщалось в литературе 1 .Именно, значительная часть опрошенных считает, что спонтанное излучение представляет собой результат существования нулевых колебаний электромагнитного поля, т. е. является квантовым эффектом.Между тем подобное мнение представляется неверным, поскольку спонтанное излучение света заведомо имеет место в классической теории и, вообще говоря, не может считаться квантовым явлением в большей мере, чем поглощение или индуцированное испускание.Недоразумения, с которыми приходится сталкиваться в вопросе о природе спонтанного излучения, порождены ходом исторического развития квантовой теории в целом и квантовой теории излучения в частности.Несколько конкретнее можно также отметить роль того факта, что в классической и квантовой теории излучения часто применяются разные методы, иначе ставится задача.Поэтому классический характер того или иного результата, получаемого квантовым путем (скажем, методом теории возмущений), может оказаться завуалированным.Вот почему нижеследующие замечания, быть может, представят известный интерес в историческом и методическом отношениях.2. Квантовые представления, особенно понятие о фотонах, пробивали •себе путь с исключительным трудом а > 3 .Достаточно напомнить, что введенная Эйнштейном в 1905 г.4 гипотеза о квантах света, развитая им 5
Исследована динамика атом-полевого перепутывания системы двух естественных или искусственных двухуровневых атомов, взаимодействующих с модой квантового электромагнитного поля посредством многофотонных переходов в резонаторе без потерь. Рассмотрены различные начальные состояния атомной подсистемы и интенсивное когерентное поле резонатора. При этом состояния поля и атомов в начальный момент времени считаются сепарабельными. Для малых мультиплетностей показано, что атомы и поле, которые изначально находились в чистом сепарабельном состоянии, могут возвращаться в такое состояние в процессе эволюции. Найдено, что для мультиплетностей m ≥ 3 атомы и поле в процессе эволюции, за исключением начального момента времени, находятся в максимально перепутанном атом-полевом состоянии. The dynamics of atom-field entanglement for two natural or aitificial twolevel atoms interacting with the mode of a quantum electromagnetic field by means of multiphoton transitions in a lossless cavity is investigated. Various initial states of the atomic subsystem and an intensive coherent field of the cavity are considered. The states of the field and atoms at the initial moment are consideied to be separable. For small multiplicities, it is shown that the atoms and the field, which were initially in a pure separable state, can return to this state during the evolution of the model. It is also found that for multiplicities m geq3, the atoms and the field in the process of evolution (with the exception of the initial moment) are in the most entangled atom-field state.
Туннельный эффект рассматривается с точки зрения локального реализма. Сделан вывод о том, что квантовый объект, туннелирующий через потенциальный барьер, нельзя интерпретировать как материальную точку, потому что такая интерпретация противоречит невозможности движения быстрее скорости света в вакууме. Такого противоречия не возникает, если квантовый объект рассматривать как сплошную среду, образованную материальными полями. Показано, что закон динамики механического движения этих полей материи может быть выведен из закона квантовой эволюции в форме интеграла по траекториям. Анализ процесса туннелирования показывает, что этот закон динамики имеет форму принципа наименьшего действия с комплексной временной переменной. Используемый здесь подход позволяет не только придать физическую интерпретацию туннельному эффекту, согласующуюся со специальной теорией относительности, но также описать широкий круг квантовых явлений, для которых традиционные методы исследования неосуществимы.
АннотацияПоказано, что для объяснения экспериментальных результатов по дифракции микрочастиц не требуется использовать концепцию волн де Бройля.Эти результаты описываются на основе соотношения неопределенностей Гейзенберга.В качестве примеров рассматриваются известные результаты экспериментов Дэвиссона и Джермера по дифракции электронов и Резерфорда по рассеянию -частиц.Ключевые слова: Соотношение неопределенностей Гейзенберга, эксперименты Дэвиссона и Джермера, дифракция электронов, рассеяние альфа-частиц. ВведениеСогласно одному из постулатов Бора для стационарных состояний электрона в атоме водорода имеет место соотношение где p = mv -импульс электрона (m -его масса, v -скорость), r -радиус орбиты, ħ = h/2, h -постоянная Планка.Здесь n -квантовое число, а само соотношение является следствием воздействия на электрон электрического поля ядра атома.Аналогичное соотношение, в котором квантовое число n определяет движение частицы при дифракции на кристаллических структурах, можно получить на основании соотношения неопределенностей Гейзенберга
РАССЕЯНИЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ КВАНТОВОЙ СИСТЕМОЙ В СИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ *) Я. Б. Зельдович СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 139 2. Эволюция системы 141 3. Излучение собственных состояний 3ϋ (г) 143 4. Двухуровневая система 145 5. Спонтанные переходы 147 6. Квазиэнергия и линейный штарк-эффект 147 7. Численные оценки 149 8. Заключительные замечания 149 'Список обозначений 150 Цитированная литература 151 1. ВВЕДЕНИЕВзаимодействие сильной монохроматической электромагнитной волны с квантовомеханической системой (атомом, молекулой) представляет особый интерес в связи с развитием мазеров и лазеров.Когерентное рассеяние монохроматической волны, зависимость сечения рассеяния и показателя преломления от амплитуды, когерентная тенерация гармоник, некогерентное излучение на собственных частотах атома, изменение этих частот под.влиянием волны -вот краткий неполный перечень возникающих вопросов.Эти эффекты рассмотрены в целом ряде работ, из которых назовем наиболее интересные 1 , в которых приведены также ссылки на предыдущие работы.При этом использовались различные методы: теория возмущений (с зависящим от времени потенциалом), матрица плотности (с учетом диссипации) и другие.В последнее время подробный и строгий обзор нестационарной теории возмущений дан Лангхоффом и др.2 .Вопросы излучения возмущенных состояний в обзоре 2 не рассматриваются.Однако наиболее последовательным, систематическим и в то же время простым методом является использование квазиэнергии и квазиэнергетических состояний (ниже кратко -КЭС).Поэтому в качестве методического усовершенствования, не претендуя на новые результаты, изложим метод квазиэнергии.В этом методе влияние классической электромагнитной волны на атом учитывается точно (по крайней мере в принципе), а спонтанное излучение -как малое диссипативное возмущение.Такой метод в точности эквивалентен стандартной теории свободного атома,
МНОГОФОТОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ АТОМОВ Н. В. Делоне СОДЕРЖАНИЕ Введение 361 1. Специфические черты процесса многофотонной ионизации атомов 362 а) Теория Келдыша (362).б) Прямой процесс ионизации (364).в) Резонансный процесс ионизации (364).г) Спектр квазистационарных состояний системы атом -\-световое поле (364).д) Процессы, приводящие к ионизации атома в сильном световом поле (367).2. Теоретические методы описания процесса ионизации атома в световом поле 368 а) Используемые методы и области их применения (368).б) Метод теории возмущений (369).в) Квазиклассический метод (375).г) Заключение (376).3. Постановка эксперимента 377 а) Конкурирующие эффекты (377).б) Фоновые эффекты и их устранение (378).в) Диапазон изменения напряженности поля, при которой можно изучать нелинейный эффект (378).г) Измерение степени нелинейности, вероятности и сечения процесса многофотонной ионизации атомов (379).д) Лазерное излучение (382).е) Типичная постановка эксперимента (382).4. Прямой процесс многофотонной ионизации 384 а) Условия реализации (384).б) Наблюдение прямого процесса (384).в) Сечения прямого процесса ионизации (386).г) Основные итрги исследований (388). 5. Резонансный процесс многофотонной ионизации 389 а) Экспериментальные методы (390).1) Наблюдение частотной зависимости выхода ионов при фиксированной напряженности поля (390).2) Наблюдение зависимости выхода ионов от напряженности поля при фиксированной частоте излучения (391).3) Наблюдение зависимости величины к -д lg А г /д lg Q от частоты излучения (391).-б)Результаты исследования резонансного процесса ионизацпи (392).1) Идентифицируемые резонансы (393).2) Резонансы в эллиптически поляризованном поле (395).3) Резонансный процесс ионизации при большой напряженности поля.Неидентифицируемые резонансы .(396).-в)Основные итоги исследований (397).Заключение 398 Цитированная литература 399 ВВЕДЕНИЕ Взаимодействие атома с квантами света -фотонами -является одной из наиболее изученных глав физики микромира, стимулировавшей в начале века развитие квантовой механики.Однако за редкими исключениями все процессы, исследованные до последнего времени, были связаны с поглощением атомным электроном одного фотона.Рассмотрение однофотонных процессов определило всеобщий характер законов Эйнштейна, а также красной границы фотоэффекта.Между тем всегда было ясно, что, строго говоря, красная граница отсутствует, являясь не 1 УФН, т. 115, вып. 3 @ Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», «Успехи физических наук», 1975 г. *) См., например, обзор 62 .*•) См., например, монографию 63